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4. Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa [+ Author correction, 2020, vol. 588, E25 ]

Author

Cuthbert, M. O., Taylor, R. G., Favreau, Guillaume, Todd, M. C., Shamsudduha, M., Villholth, K. G., MacDonald, A. M., Scanlon, B. R., Kotchoni, D. O. V., Vouillamoz, Jean-Michel, Lawson, F. M. A., Adjomayi, P. A., Kashaigili, J., Seddon, D., Sorensen, J. P. R., Ebrahim, G. Y., Owor, M., Nyenje, P. M., Nazoumou, Y., Goni, I., Ousmane, B. I., Sibanda, T., Ascott, M. J., Macdonald, D. M. J., Agyekum, W., Koussoube, Y., Wanke, H., Kim, H., Wada, Y., Lo, M. H., Oki, T., and Kukuric, N.

Abstract

Groundwater in sub-Saharan Africa supports livelihoods and poverty alleviation(1,2), maintains vital ecosystems, and strongly influences terrestrial water and energy budgets(3). Yet the hydrological processes that govern groundwater recharge and sustainability-and their sensitivity to climatic variability-are poorly constrained(4,5). Given the absence of firm observational constraints, it remains to be seen whether model-based projections of decreased water resources in dry parts of the region(4) are justified. Here we show, through analysis of multidecadal groundwater hydrographs across sub-Saharan Africa, that levels of aridity dictate the predominant recharge processes, whereas local hydrogeology influences the type and sensitivity of precipitation-recharge relationships. Recharge in some humid locations varies by as little as five per cent (by coefficient of variation) across a wide range of annual precipitation values. Other regions, by contrast, show roughly linear precipitation-recharge relationships, with precipitation thresholds (of roughly ten millimetres or less per day) governing the initiation of recharge. These thresholds tend to rise as aridity increases, and recharge in drylands is more episodic and increasingly dominated by focused recharge through losses from ephemeral overland flows. Extreme annual recharge is commonly associated with intense rainfall and flooding events, themselves often driven by large-scale climate controls. Intense precipitation, even during years of lower overall precipitation, produces some of the largest years of recharge in some dry subtropical locations. Our results therefore challenge the 'high certainty' consensus regarding decreasing water resources(4) in such regions of sub-Saharan Africa. The potential resilience of groundwater to climate variability in many areas that is revealed by these precipitation-recharge relationships is essential for informing reliable predictions of climate-change impacts and adaptation strategies.

Published
2019

5. AMMA-CATCH, a critical zone observatory in West Africa monitoring a megion in transition

Author

Galle, Sylvie, Grippa, M., Bouzou Moussa, I., Cappelaere, B., Demarty, J., Mougin, E., Panthou, G., Adjomayi, P., Bâ, A., Boucher, M., Cohard, J, Descloitres, Marc, Descroix, Luc, Abdou, Malam, Malam-Issa, Oumarou, Agbossou, E., Cohard, M., 14, Sambou, Vouillamoz, J-M, Chazarin, J-P, 11, Mamane, Peugeot, C., Diawara, M., Dossou, M., Favreau, G., Gangneron, F., Gosset, M., Hector, B., Hiernaux, P., Issoufou, B., Kergoat, L., Lawin, E., Lebel, T., Legchenko, A., Malam-Issa, O., Mamadou, O., Nazoumou, Y., Pellarin, T., Quantin, G., Sambou, B., Seghieri, J., Seguis, L., Vandervaere, J., Vischel, T., Vouillamoz, M., Zannou, A., Afouda, S., Alhassane, A., Arjounin, M., Ba, H., Biron, R., Cazenave, F., Chaffard, V., Guyard, H., Koné, A., Mainassara, I., Mamane, A., Oi, M., Ouani, T., Soumaguel, N., Wubda, M., Ago, E., Alle, C., Allies, A., Arpin-Pont, F., Awessou, B., Cassé, C., Charvet, G., Dardel, C., Depeyre, A., Diallo, B., Do, T., Fatras, C., Frappart, F., Gal, L., Gascon, T., Gibon, F., Guiro, I., Ingatan, A., Kempf, J., Kotchoni, O., Lawson, M., Leauthaud, C., Louvet, S., Mason, E., Nguyen, C., Perrimond, B., Pierre, C., Richard, A., Robert, E., Román-Cascón, C., Velluet, C., Wilcox, C., Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France, Direction Générale de l'Eau, Université des sciences, des techniques et des technologies de Bamako, Université des sciences, des techniques et des technologies de Bamako (USTTB), Patrimoines Locaux et Gouvernance (PALOC), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Université de Zinder - University of Zinder [Zinder, Niger], IRD Représentation du Niger, Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Laboratoire d'aérologie (LA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Mécanismes et Transfert en Géologie (LMTG), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France, Institut de Neurosciences des Systèmes (INS), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université A. Moumouni, HYBIS, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Civil Engineering Programme, University of KwaZulu-Natal (UKZN), Direction Générale de l'Eau (DGE), Ministère des Mines, de l'Energie et de l'Eau, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement, Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD [Guinée]), Institut de Recherche pour le Développement, Observatoire AMMA-Catch (IRD), Observatoire AMMA-Catch, University of California [Los Angeles] (UCLA), University of California, ONERA - The French Aerospace Lab [Toulouse], ONERA, Institut de biologie et chimie des protéines [Lyon] (IBCP), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biologie des Organismes et Ecosystèmes Aquatiques (BOREA), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université des Antilles (UA), Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème (UMR LISAH), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Ecoclimasol, Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON), Institut de Physique Nucléaire d'Orsay (IPNO), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), French Ministry of Research, OSUG, OREME, OMP, OSUG@2020 LabEx, SOERE RBV, CRITEX EquipEx [ANR-11-EQPX-0011], ANR: 11-EQPX-0011,CRITEX,Parc national d'équipements innovants pour l'étude spatiale et temporelle de la Zone Critique des Bassins Versants(2011), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Direction Générale de l'Eau [Bénin] (DGEau), Université d’Abomey-Calavi (UAC), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Université Cheikh Anta Diop [Dakar, Sénégal] (UCAD), Laboratoire d'aérologie (LAERO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Dan Dicko Dan koulodo de Maradi (UDDM), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Aix Marseille Université (AMU), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université des Sciences, des Techniques et des Technologies de Bamako (USTTB), Université d’Abomey-Calavi = University of Abomey Calavi (UAC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), École normale supérieure - 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Subjects
CENTRAL SAHEL, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 0208 environmental biotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Water balance, Démographie, 11. Sustainability, Water cycle, lcsh:Environmental sciences, Hydrologie, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 2. Zero hunger, lcsh:GE1-350, Régime hydrique du sol, Utilisation des terres, CLIMATE-CHANGE, lcsh:QE1-996.5, GROSS PRIMARY PRODUCTION, Groundwater recharge, LAND-SURFACE, Geography, SEMIARNIGER, SATELLITE DATA, Ressource en eau, P40 - Météorologie et climatologie, Soil Science, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Context (language use), HARD-ROCK AQUIFERS, Monsoon, 12. Responsible consumption, SURFACE SOIL-MOISTURE, MONSOON MULTIDISCIPLINARY ANALYSIS, WATER STORAGE CHANGES, Mesure, Couverture végétale, P10 - Ressources en eau et leur gestion, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, P36 - Érosion, conservation et récupération des sols, Changement climatique, Land use, Analyse de données, Global change, 15. Life on land, 020801 environmental engineering, lcsh:Geology, 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Climatologie, Physical geography, U30 - Méthodes de recherche, Surface runoff
Abstract

International audience; West Africa is a region in fast transition from climate, demography, and land use perspectives. In this context, the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA)-Couplage de l'Atmosphere Tropicale et du Cycle eco-Hydrologique (CATCH) long-term regional observatory was developed to monitor the impacts of global change on the critical zone of West Africa and to better understand its current and future dynamics. The observatory is organized into three thematic axes, which drive the observation and instrumentation strategy: (i) analyze the long-term evolution of eco-hydrosystems from a regional perspective; (ii) better understand critical zone processes and their variability; and (iii) meet socioeconomic and development needs. To achieve these goals, the observatory has gathered data since 1990 from four densely instrumented mesoscale sites (similar to 10(4) km(2) each), located at different latitudes (Benin, Niger, Mali, and Senegal) so as to sample the sharp eco-climatic gradient that is characteristic of the region. Simultaneous monitoring of the vegetation cover and of various components of the water balance at these four sites has provided new insights into the seemingly paradoxical eco-hydrological changes observed in the Sahel during the last decades: groundwater recharge and/ or runoff intensification despite rainfall deficit and subsequent re-greening with still increasing runoff. Hydrological processes and the role of certain key landscape features are highlighted, as well as the importance of an appropriate description of soil and subsoil characteristics. Applications of these scientific results for sustainable development issues are proposed. Finally, detecting and attributing eco-hydrological changes and identifying possible regime shifts in the hydrologic cycle are the next challenges that need to be faced.

Published
2018

6. AMMA‐CATCH, a Critical Zone Observatory in West Africa Monitoring a Region in Transition

Author

Galle, S., primary, Grippa, M., additional, Peugeot, C., additional, Moussa, I. Bouzou, additional, Cappelaere, B., additional, Demarty, J., additional, Mougin, E., additional, Panthou, G., additional, Adjomayi, P., additional, Agbossou, E.K., additional, Ba, A., additional, Boucher, M., additional, Cohard, J.-M., additional, Descloitres, M., additional, Descroix, L., additional, Diawara, M., additional, Dossou, M., additional, Favreau, G., additional, Gangneron, F., additional, Gosset, M., additional, Hector, B., additional, Hiernaux, P., additional, Issoufou, B.-A., additional, Kergoat, L., additional, Lawin, E., additional, Lebel, T., additional, Legchenko, A., additional, Abdou, M. Malam, additional, Malam-Issa, O., additional, Mamadou, O., additional, Nazoumou, Y., additional, Pellarin, T., additional, Quantin, G., additional, Sambou, B., additional, Seghieri, J., additional, Séguis, L., additional, Vandervaere, J.-P., additional, Vischel, T., additional, Vouillamoz, J.-M., additional, Zannou, A., additional, Afouda, S., additional, Alhassane, A., additional, Arjounin, M., additional, Barral, H., additional, Biron, R., additional, Cazenave, F., additional, Chaffard, V., additional, Chazarin, J.-P., additional, Guyard, H., additional, Koné, A., additional, Mainassara, I., additional, Mamane, A., additional, Oi, M., additional, Ouani, T., additional, Soumaguel, N., additional, Wubda, M., additional, Ago, E.E., additional, Alle, I.C., additional, Allies, A., additional, Arpin-Pont, F., additional, Awessou, B., additional, Cassé, C., additional, Charvet, G., additional, Dardel, C., additional, Depeyre, A., additional, Diallo, F.B., additional, Do, T., additional, Fatras, C., additional, Frappart, F., additional, Gal, L., additional, Gascon, T., additional, Gibon, F., additional, Guiro, I., additional, Ingatan, A., additional, Kempf, J., additional, Kotchoni, D.O.V., additional, Lawson, F.M.A., additional, Leauthaud, C., additional, Louvet, S., additional, Mason, E., additional, Nguyen, C.C., additional, Perrimond, B., additional, Pierre, C., additional, Richard, A., additional, Robert, E., additional, Román-Cascón, C., additional, Velluet, C., additional, and Wilcox, C., additional

Published
2018
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7. Observed long-term land cover vs climate impacts on the West African hydrological cycle: lessons for the future ?

Author

Peugeot, Christophe, Galle, S., Grippa, Manuela, Bouzou Moussa, Ibrahim, Cappelaere, Bernard, Demarty, J., Mougin, E., Descroix, L., Lebel, T., Dardel, C., Favreau, Guillaume, Hiernaux, Pierre, Kergoat , Laurent, Nazoumou, Y., Vandervaere, J.P., Seguis, L., Leroux, Louise, Malam Abdou, M., Orekan, V., Oszwald, Johan, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Transferts dans les Eco-hydrosystèmes (TECHS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Territoires, Environnement, Télédétection et Information Spatiale (UMR TETIS), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Département Environnements et Sociétés (Cirad-ES), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique (LETG - Rennes), Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique UMR 6554 (LETG), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Brest (UBO)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Géographie et d'Aménagement Régional de l'Université de Nantes (IGARUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-AgroParisTech-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Brest (UBO)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Nantes (UN)-Université d'Angers (UA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2), and Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)

Subjects
[SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Considérations générales, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, Météorologie, Ressources en eau et leur gestion, agriculture
Abstract

International audience; West Africa has experienced a long lasting, severe drought as from 1970, which seems to be attenuating since 2000. It has induced major changes in living conditions and resources over the region. In the same period, marked changes of land use and land cover have been observed: land clearing for agriculture, driven by high demographic growth rates, and ecosystem evolutions driven by the rainfall deficit. Depending on the region, the combined effects of these climate and environmental changes have induced contrasted impacts on the hydrological cycle. In the Sahel, runoff and river discharges have increased despite the rainfall reduction (“less rain, more water”, the so-called "Sahelian paradox "). Soil crusting and erosion have increased the runoff capacity of the watersheds so that it outperformed the rainfall deficit. Conversely, in the more humid Guinean and Sudanian regions to the South, the opposite (and expected) “less rain, less water” behavior is observed, but the signature of land cover changes can hardly be detected in the hydrological records. These observations over the past 50 years suggest that the hydrological response to climate change can not be analyzed irrespective of other concurrent changes, and primarily ecosystem dynamics and land cover changes. There is no consensus on future rainfall trend over West Africa in IPCC projections, although a higher occurrence of extreme events (rainstorms, dry spells) is expected. An increase in the need for arable land and water resources is expected as well, driven by economic development and demographic growth. Based on past long-term observations on the AMMA-CATCH observatory, we explore in this work various future combinations of climate vs environmental drivers, and we infer the expected resulting trends on water resources, along the west African eco-climatic gradient.

Published
2015

8. Observed long-term land cover vs climate impacts on the West African hydrological cycle: lessons for the future ?

Author

Peugeot, C., Moussa, I. B., Cappelaere, B., Dardel, C., Demarty, J., Descroix, L., Favreau, G., Grippa, M., Hiernaux, P., Kergoat, L., Mougin, E., Nazoumou, Y., Seguis, L., Vandervaere, J. P., Galle, S., Lebel, T., Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Mécanismes et Transfert en Géologie (LMTG), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Geology Department, Université Abdou Moumouni [Niamey], HMCI, Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2015

9. Observed long-term land cover vs climate impacts on the West African hydrological cycle: lessons for the future ? [P-3330-65]

Author

Peugeot, C., Galle, S., Grippa, Manuela, Bouzou Moussa, Ibrahim, Cappelaere, B., Demarty, J., Mougin, E., Descroix, L., Lebel, T., Dardel, C., Favreau, Guillaume, Hiernaux, Pierre, Kergoat, Laurent, Nazoumou, Y., Vandervaere, J.P., Séguis, Lus, Leroux, Louise, Malam Abdou, M., Orekan, V., and Oszwald, Johan

Subjects
P40 - Météorologie et climatologie, A01 - Agriculture - Considérations générales, P10 - Ressources en eau et leur gestion
Abstract

West Africa has experienced a long lasting, severe drought as from 1970, which seems to be attenuating since 2000. It has induced major changes in living conditions and resources over the region. In the same period, marked changes of land use and land cover have been observed: land clearing for agriculture, driven by high demographic growth rates, and ecosystem evolutions driven by the rainfall deficit. Depending on the region, the combined effects of these climate and environmental changes have induced contrasted impacts on the hydrological cycle. In the Sahel, runoff and river discharges have increased despite the rainfall reduction (“less rain, more water”, the so-called "Sahelian paradox "). Soil crusting and erosion have increased the runoff capacity of the watersheds so that it outperformed the rainfall deficit. Conversely, in the more humid Guinean and Sudanian regions to the South, the opposite (and expected) “less rain, less water” behavior is observed, but the signature of land cover changes can hardly be detected in the hydrological records. These observations over the past 50 years suggest that the hydrological response to climate change can not be analyzed irrespective of other concurrent changes, and primarily ecosystem dynamics and land cover changes. There is no consensus on future rainfall trend over West Africa in IPCC projections, although a higher occurrence of extreme events (rainstorms, dry spells) is expected. An increase in the need for arable land and water resources is expected as well, driven by economic development and demographic growth. Based on past long-term observations on the AMMA-CATCH observatory, we explore in this work various future combinations of climate vs environmental drivers, and we infer the expected resulting trends on water resources, along the west African eco-climatic gradient. (Texte intégral)

Published
2015

10. Impact du changement global sur les ressources en eau souterraine

Author

Leduc, Christian, Nazoumou, Y., Favreau, Guillaume, Massuel, Sylvain, Oï, Monique, and Ousmane, B.

Subjects
MESURE AU SOL, ANTHROPISATION, COUVERT VEGETAL, CLIMAT, PRECIPITATION, CHANGEMENT CLIMATIQUE, NAPPE PHREATIQUE, RECHARGE, EAU SOUTERRAINE, RESSOURCES EN EAU, EVOLUTION
Published
2015

11. Impacts des changements climatiques sur les eaux souterraines : réduction des émissions, analyse des processus, mesures d'adaptation

Author

Descroix, Luc, Genthon, Pierre, Peugeot, Christophe, Mahé, Gil, Malam, A., Vandervaere, M., Mamadou, I., Tanimoun, B., Amadou, I., Galle, Sylvie, Quantin, Guillaume, Dacosta, H., Bodian, A., Nazoumou, Y., and Zannou, A.

Subjects
SECHERESSE, SURFACE DU SOL, ETUDE REGIONALE, PLUVIOMETRIE, FACTEUR ANTHROPIQUE, 1950 2000, RUISSELLEMENT, DEBIT, PRATIQUE CULTURALE, COURS D'EAU, FACTEUR CLIMATIQUE, CHANGEMENT CLIMATIQUE, ECOULEMENT, CROUTE, UTILISATION DU SOL, DEBOISEMENT, ANALYSE DE DONNEES
Published
2015

12. Building a field- and model-based climatology of surface energy and water cycles for dominant land cover types in the cultivated Sahel. Annual budgets and seasonality

Author

Velluet, C., Demarty, J., Cappelaere, B., Braud, Isabelle, Issoufou, H.B.A., Boulain, N., Ramier, David, Mainassara, I., Charvet, G., Boucher, M., Chazarin, J.P., Oï, M., Yahou, H., Maidaji, B., Arpin Pont, F., Benarrosh, N., Mahamane, A., Nazoumou, Y., Favreau, G., Seghieri, Josiane, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Biology Department, Université de Maradi, Geology Department, Université Abdou Moumouni [Niamey], Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Dan Dicko Dan koulodo de Maradi (UDDM), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
WATER BALANCE, CULTURE DE PLEINE TERRE, BILAN HYDRIQUE, [SDE]Environmental Sciences, MODELLING, CLIMATOLOGIE, MODELISATION, CLIMATOLOGY
Abstract

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; International audience; In the sub-Saharan Sahel, energy and water cyclingat the land surface is pivotal for the regional climate,water resources and land productivity, yet it is still verypoorly documented. As a step towards a comprehensive climatological description of surface fluxes in this area, thisstudy provides estimates of long-term average annual budgetsand seasonal cycles for two main land use types of thecultivated Sahelian belt: rainfed millet crop and fallow bush.These estimates build on the combination of a 7-year fielddata set from two typical plots in southwestern Niger withdetailed physically based soil-plant-atmosphere modeling,yielding a continuous, comprehensive set of water and energyflux and storage variables over this multiyear period. Inthe present case in particular, blending field data with mechanistic modeling makes the best use of available data andknowledge for the construction of the multivariate time series.Rather than using the model only to gap-fill observationsinto a composite series, model-data integration is generalizedhomogeneously over time by generating the wholeseries with the entire data-constrained model simulation. Climatological averages of all water and energy variables, withassociated sampling uncertainty, are derived at annual to subseasonal scales from the time series produced. Similaritiesand differences in the two ecosystem behaviors are highlighted.Mean annual evapotranspiration is found to represent82-85% of rainfall for both systems, but with differentsoil evaporation/plant transpiration partitioning and differentseasonal distribution. The remainder consists entirelyof runoff for the fallow, whereas drainage and runoff standin a 40-60% proportion for the millet field. These resultsshould provide a robust reference for the surface energy- andwater-related studies needed in this region. Their significanceand the benefits they gain from the innovative data-modelintegration approach are thoroughly discussed. The modeldeveloped in this context has the potential for reliable simulations outside the reported conditions, including changingclimate and land cover.

Published
2014

13. Evaluating surface and subsurface water storage variations at small time and space scales from relative gravity measurements in semiarid Niger

Author

Pfeffer, J, Champollion, C, Favreau, G, Cappelaere, B, Hinderer, J, Boucher, M, Nazoumou, Y, Oï, M, Mouyen, M, Henri, C, Le Moigne, N, Deroussi, S, Demarty, J, Boulain, N, Benarrosh, N, Robert, O, Institut de physique du globe de Strasbourg (IPGS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Montpellier, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université des Antilles (UA), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département de Géologie [Niamey], Université Abdou Moumouni [Niamey], Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Technology Sydney (UTS), Université des Antilles et de la Guyane (UAG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
semiarid, Environmental Engineering, magnetic resonance soundings, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], groundwater, surface water, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, microgravimetry, vadose zone
Abstract

The acquisition of reliable data sets representative of hydrological regimes and their variations is a critical concern for water resource assessment. For the subsurface, traditional approaches based on probe measurements, core analysis, and well data can be laborious, expensive, and highly intrusive, while only yielding sparse data sets. For this study, an innovative field survey, merging relative microgravimetry, magnetic resonance soundings, and hydrological measurements, was conducted to evaluate both surface and subsurface water storage variations in a semiarid Sahelian area. The instrumental setup was implemented in the lower part of a typical hillslope feeding to a temporary pond. Weekly measurements were carried out using relative spring gravimeters during 3 months of the rainy season in 2009 over a 350 × 500 m2 network of 12 microgravity stations. Gravity variations of small to medium amplitude (≤220 nm s-2) were measured with accuracies better than 50 nm s-2, revealing significant variations of the water storage at small time (from 1 week up to 3 months) and space (from a couple of meters up to a few hundred meters) scales. Consistent spatial organization of the water storage variations were detected, suggesting high infiltration at the outlet of a small gully. The comparison with hydrological measurements and magnetic resonance soundings involved that most of the microgravity variations came from the heterogeneity in the vadose zone. The results highlight the potential of time lapse microgravity surveys for detecting intraseasonal water storage variations and providing rich space-time data sets for process investigation or hydrological model calibration/ evaluation. ©2013. American Geophysical Union. All Rights Reserved.

Published
2013

14. Suivi des variations spatio-temporelles du stock d'eau près d'une mare endoréique au Sahel par résonance magnétique des protons et par gravimétrie

Author

Boucher, Marie, Pfeffer, J., Favreau, Guillaume, Legchenko, Anatoli, Cappelaere, Bernard, Hinderer, J., and Nazoumou, Y.

Subjects
VARIATION TEMPORELLE, EVALUATION, VARIATION SPATIALE, ETUDE COMPARATIVE, MESURE, MAGNETISME, RESONANCE MAGNETIQUE PROTONIQUE, METHODE, TOMOGRAPHIE, EAU SOUTERRAINE, RESSOURCES EN EAU, GRAVIMETRIE, METHODOLOGIE
Abstract

L'infiltration profonde sous les mares temporaires est la principale source de recharge des aquifères libres au Sahel. Au Niger semi-aride, une tomographie et un suivi RMP (résonance magnétique protonique) ainsi que plusieurs campagnes de mesures de gravimétrie absolue et relative ont été réalisés entre 2008 et 2010 pour étudier la sensibilité des deux méthodes géophysiques aux variations spatio-temporelles du stock d'eau souterrain à proximité d'une mare. Les résultats montrent une bonne cohérence et une complémentarité des méthodes, les sondages RMP étant davantage précis pour caractériser les variations verticales et horizontales du stock d'eau et la gravimétrie étant plus performante pour l'estimation des variations temporelles et/ou superficielles. (Résumé d'auteur)

Published
2011

15. Colloque international : sciences de l'eau, du climat et de l'environnement pour un développement durable de l'Afrique : livre des résumés

Author

Moussa Issaka, A., Favreau, Guillaume, Garba, Z., Sebag, David, Ngounou Ngatcha, B., Nazoumou, Y., Goni, I.B., Mainassara, Ibrahim, Abdou, H., Ngounou Ngatcha, B. (ed.), Sebag, David (ed.), Diedhiou, Arona (ed.), Durand, A. (ed.), and Servat, Eric (ed.)

Subjects
PARCELLE DE CULTURE, ANALYSE DIACHRONIQUE, SOL NU, HYDROGRAPHIE, IMAGE SATELLITE, DEFORESTATION, OCCUPATION SPATIALE, PHOTOGRAPHIE AERIENNE
Published
2011

17. Ressources en eau dans la région de Tillabéri (Niger) : potentiel de mise en valeur par l'agriculture irriguée : rapport technique

Author

Favreau, Guillaume, Nazoumou, Y., Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and IRD

Subjects
NIGER, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology
Abstract

Le Sahel sub-saharien dispose de ressources en eau considérables, essentiellement portées par de grands systèmes aquifères régionaux (aquifères du Sénégal, de Taoudenni au Mali, des Iullemmeden au Niger, du Tchad). De nombreuses mares et points d'eau existent le long d'affluents temporaires des grands fleuves régionaux, constituant des ressources en eau temporaires ou permanentes. Pourtant, l'exploitation des ressources en eau en vue de l'irrigation demeure limitée, essentiellement concentrée le long des étroites vallées des grands axes fluviaux régionaux (fleuves Niger, fleuve sénégal). Il en résulte que seulement 1% de la superficie cultivée est irriguée en Afrique subsaharienne, alors même qu'à l'échelle du globe, la proportion atteint les 11% (Siebert et al., 2005). La région de Tillabéri au sud-ouest du Niger présente des caractéristiques favorables à l'irrigation : en eau de surface tout d'abord, avec des eaux de surface mobilisables le long des koris (ou vallées sableuses) et des affluents du fleuve Niger aux débits importants. En eau souterraine secondairement, avec des aquifères alluviaux le long des vallées, même temporaires, et l'existence d'une nappe phréatique généralisée sur une grande partie Est de la région. Dans cette partie la plus favorisée de la région de Tillabéri, les vallées du Dallol Bosso, à la nappe phréatique sub-affleurante, ainsi que la présence d'aquifères captifs localement artésiens offrent des avantages indéniables en terme de coût d'exhaure réduit. Dans ce rapport technique, une estimation quantitative du potentiel en terre irrigables est également présenté par département voire par commune, par représentation des informations collectées sous forme de SIG. L'état de l'art scientifique sur les liens existants entre ressources en eau, en sol (érosion) et du couvert végétal est également abordé sous l'angle de l'évolution des ressource sous impact climatique et d'usage des sols, afin d'assurer le caractère durable des recommandations émises en conclusion. Au final, dans la région de Tillabéri, la hausse régionale plurimétrique des ressources en eau souterraine (+4 m depuis les années 1960s), facteur de salinisation des sols, ainsi que l'augmentation de l'ordre de +30 à +60% des coefficients d'écoulement et l'érosion accrue en rive droite du fleuve, militent pour un accroissement raisonné des surfaces irriguées, pour le bénéfice de l'environnement.

Published
2010

18. Building a field- and model-based climatology of local water and energy cycles in the cultivated Sahel – annual budgets and seasonality

Author

Velluet, C., primary, Demarty, J., additional, Cappelaere, B., additional, Braud, I., additional, Issoufou, H. B.-A., additional, Boulain, N., additional, Ramier, D., additional, Mainassara, I., additional, Charvet, G., additional, Boucher, M., additional, Chazarin, J.-P., additional, Oï, M., additional, Yahou, H., additional, Maidaji, B., additional, Arpin-Pont, F., additional, Benarrosh, N., additional, Mahamane, A., additional, Nazoumou, Y., additional, Favreau, G., additional, and Seghieri, J., additional

Published
2014
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19. GEOFCAN : géophysique des sols et des formations superficielles

Author

Favreau, Guillaume, Boucher, M., Vouillamoz, Jean-Michel, Descloitres, Marc, Massuel, S., Nazoumou, Y., and Legchenko, Anatoli

Subjects
SONDAGE ELECTRIQUE, PROSPECTION MAGNETIQUE, METHODE D'ANALYSE, HYDROGEOLOGIE, HYDRODYNAMIQUE, AQUIFERE, SONDAGE MAGNETIQUE PROFOND, RECHARGE, MODELISATION
Published
2007

21. African monsoon multidisciplinary analyses : extended abstracts

Author

Descroix, Luc, Cappelaere, Bernard, Boubkraoui, Stéphane, Favreau, Guillaume, Nazoumou, Y., Bouzou, I., Boulain, Nicolas, Rabanit, Manon, Bailleul, Charlotte, Kone, Abdoulaye, Massuel, Sylvain, Genau, I. (ed.), Marsh, S. (ed.), McQuaid, J. (ed.), Redelsperger, J.L. (ed.), Thorncroft, C. (ed.), and Van Den Akker, E. (ed.)

Subjects
APPAREIL DE MESURE, PRECIPITATION, STATION LIMNIGRAPHIQUE, BILAN HYDRIQUE, LIMNIMETRIE, VEGETATION, UTILISATION DU SOL, RUISSELLEMENT
Published
2006

22. African monsoon multidisciplinary analyses : extended abstracts

Author

Favreau, Guillaume, Guéro, A., Massuel, Sylvain, Nazoumou, Y., Descloitres, Marc, Leblanc, M., Cappelaere, Bernard, Descroix, Luc, Genau, I. (ed.), Marsh, S. (ed.), McQuaid, J. (ed.), Redelsperger, J.L. (ed.), Thorncroft, C. (ed.), and Van Den Akker, E. (ed.)

Subjects
GEOCHIMIE, BILAN HYDRIQUE, NAPPE PHREATIQUE, TELEDETECTION, GEOPHYSIQUE, MODELISATION
Published
2006

23. Evolution de la ressource en eau dans la vallée du Merguellil (Tunisie centrale)

Author

Christian Leduc, Calvez, R., Beji, R., Nazoumou, Y., Lacombe, G., Aouadi, C., Hydrosciences Montpellier (HSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Dynamiques, impacts et valorisation des hydro-aménagements (DIVHA), Commissariat Régional au Développement Agricole, Kairouan (CRDA), Ministère de l'agriculture, Ali Hammani, Marcel Kuper, Abdelhafid Debbarh, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences
Abstract

International audience; La plaine de Kairouan (Tunisie centrale) se trouve au débouché des trois grandes vallées du Zéroud, du Merguellil et du Nebhana. Dans ce contexte semi-aride (pluies moyennes entre 200 et 400 mm.an−1), l'intensification de l'irrigation au cours des dernières décennies a suscité une forte croissance de la demande en eau. En même temps, différents aménagements affectent l'ensemble du fonctionnement hydrologique : multiples ouvrages de conservation des eaux et des sols, petits et moyens, d'une part, grands barrages de protection contre les crues sur les trois oueds majeurs d'autre part. La distribution de l'eau B la surface du bassin-versant et dans le sous-sol a donc considérablement évolué et change encore. Dans la plaine du Merguellil, à l'aval du barrage el Haouareb, la nappe alluviale quaternaire est devenue la seule ressource en eau disponible. Elle est actuellement exploitée sans réel contrôle, ce qui conduit à une baisse sensible de son niveau (de 0,25 à 1 m par an). Elle n'est plus alimentée comme en régime naturel par les crues de l'oued, désormais entièrement bloquées par le barrage. Elle ne reçoit plus que les apports des nappes latérales et le flux souterrain passant sous le barrage. L'avenir du développement agricole régional dépend de manière évidente de la maîtrise de la ressource souterraine et donc de sa bonne connaissance. Malgré de multiples mesures de terrain et études entreprises depuis plusieurs décennies, il reste encore de nombreuses incertitudes qui rendent le bilan actuel de la nappe très incertain, à la fois sur les flux entrants et sortants. La surexploitation est nette et générale et aucune solution alternative simple n'apparaît. Le risque d'augmentation à long terme de la minéralisation existe mais ce problème est moins grave et moins immédiat que la baisse piézométrique.

Published
2004

28. Author Correction: Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa.

Author

Cuthbert MO, Taylor RG, Favreau G, Todd MC, Shamsudduha M, Villholth KG, MacDonald AM, Scanlon BR, Kotchoni DOV, Vouillamoz JM, Lawson FMA, Adjomayi PA, Kashaigili J, Seddon D, Sorensen JPR, Ebrahim GY, Owor M, Nyenje PM, Nazoumou Y, Goni I, Ousmane BI, Sibanda T, Ascott MJ, Macdonald DMJ, Agyekum W, Koussoubé Y, Wanke H, Kim H, Wada Y, Lo MH, Oki T, and Kukuric N

Published
2020
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29. Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa.

Author

Cuthbert MO, Taylor RG, Favreau G, Todd MC, Shamsudduha M, Villholth KG, MacDonald AM, Scanlon BR, Kotchoni DOV, Vouillamoz JM, Lawson FMA, Adjomayi PA, Kashaigili J, Seddon D, Sorensen JPR, Ebrahim GY, Owor M, Nyenje PM, Nazoumou Y, Goni I, Ousmane BI, Sibanda T, Ascott MJ, Macdonald DMJ, Agyekum W, Koussoubé Y, Wanke H, Kim H, Wada Y, Lo MH, Oki T, and Kukuric N

Subjects
Africa South of the Sahara, Desert Climate, Droughts statistics & numerical data, Groundwater analysis, Rain
Abstract

Groundwater in sub-Saharan Africa supports livelihoods and poverty alleviation 1,2 , maintains vital ecosystems, and strongly influences terrestrial water and energy budgets 3 . Yet the hydrological processes that govern groundwater recharge and sustainability-and their sensitivity to climatic variability-are poorly constrained 4,5 . Given the absence of firm observational constraints, it remains to be seen whether model-based projections of decreased water resources in dry parts of the region 4 are justified. Here we show, through analysis of multidecadal groundwater hydrographs across sub-Saharan Africa, that levels of aridity dictate the predominant recharge processes, whereas local hydrogeology influences the type and sensitivity of precipitation-recharge relationships. Recharge in some humid locations varies by as little as five per cent (by coefficient of variation) across a wide range of annual precipitation values. Other regions, by contrast, show roughly linear precipitation-recharge relationships, with precipitation thresholds (of roughly ten millimetres or less per day) governing the initiation of recharge. These thresholds tend to rise as aridity increases, and recharge in drylands is more episodic and increasingly dominated by focused recharge through losses from ephemeral overland flows. Extreme annual recharge is commonly associated with intense rainfall and flooding events, themselves often driven by large-scale climate controls. Intense precipitation, even during years of lower overall precipitation, produces some of the largest years of recharge in some dry subtropical locations. Our results therefore challenge the 'high certainty' consensus regarding decreasing water resources 4 in such regions of sub-Saharan Africa. The potential resilience of groundwater to climate variability in many areas that is revealed by these precipitation-recharge relationships is essential for informing reliable predictions of climate-change impacts and adaptation strategies.

Published
2019
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30. Constraining groundwater modeling with magnetic resonance soundings.

Author

Boucher M, Favreau G, Nazoumou Y, Cappelaere B, Massuel S, and Legchenko A

Subjects
Water Movements, Environmental Monitoring methods, Groundwater analysis, Magnetic Resonance Spectroscopy, Models, Theoretical
Abstract

Magnetic resonance sounding (MRS) is a noninvasive geophysical method that allows estimating the free water content and transmissivity of aquifers. In this article, the ability of MRS to improve the reliability of a numerical groundwater model is assessed. Thirty-five sites were investigated by MRS over a ∼5000 km(2) domain of the sedimentary Continental Terminal aquifer in SW Niger. Time domain electromagnetic soundings were jointly carried out to estimate the aquifer thickness. A groundwater model was previously built for this section of the aquifer and forced by the outputs from a distributed surface hydrology model, to simulate the observed long-term (1992 to 2003) rise in the water table. Uncertainty analysis had shown that independent estimates of the free water content and transmissivity values of the aquifer would facilitate cross-evaluation of the surface-water and groundwater models. MRS results indicate ranges for permeability (K = 1 × 10(-5) to 3 × 10(-4) m/s) and for free water content (w = 5% to 23% m(3) /m(3) ) narrowed by two orders of magnitude (K) and by ∼50% (w), respectively, compared to the ranges of permeability and specific yield values previously considered. These shorter parameter ranges result in a reduction in the model's equifinality (whereby multiple combinations of model's parameters are able to represent the same observed piezometric levels), allowing a better constrained estimate to be derived for net aquifer recharge (∼22 mm/year)., (© 2011, The Author(s). Ground Water © 2011, National Ground Water Association.)

Published
2012
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