I!;SN 0850-1602 ANALYSE DE LA VARIABILITE DU VENT ...
I!;SN 0850-1602
ANALYSE DE LA VARIABILITE DU VENT
A SAINT-LOUIS DURANT LA SAISON FROIDE
P, CECCHI
DECEMBRE 1989 - MAI 1990
D O C U M E N T
S C I E N T I F I Q U E
C E N T R E OI R E C H E R C H E S O C É A N O G R A P H I Q U E S D E D A K A R - TIARIIYE
NUMÉRO 12 6
+ I N S T I T U T S É N É G A L A I S O E R E C H E R C H E S A G R I C O L E S *
SF:PTFMRRC
1 cl cl 1
ANALYSE DE LA VARIABILITE DU VENT
A SAINT-LOUIS DURANT IA SAISON FROIDE
DECEMBRE 1989 - MAI 1990
Philippe CECCHI(*)
R E S U M E
Les données météorologiques relatives à la vitesse et à la
direction du vent mesurées à l’aérodrome de Saint-Louis (Sénégal)
durant la saison sèche (décembre 1989 - mai 1990) sont ici
considérées.
Il apparaît que cette saison est caractéristique d’une phase
intensive (sensu Roy 1989) du régime des alizés : sur l’ensemble de
La période, la vitesse moyenne est élevée (5.2 m.s-I) et les vents de
secteur N-NE dominent.
L’analyse statistique des données tri-horaires regroupées
suivant différents pas de temps fait ressortir plusieurs points :
- Les fréquences des vents d’origine maritime et continentale
varient toujours en opposition de phase.
- Le début de la saison sèche est caractérisé par un régime d’alizés
perturbé avec de fréquentes et violentes fluctuations dans la
direction des flux dominants et une vitesse moyenne relativement
(‘) Biologiste de I’OR!?IUM en poste au Centre de Recherches Océanographiques de Dakar, Thmyc:
(CRODT-ISRAJ, BP 224 1, DAKAR (SENEGAL).
adresse actuelle : ORSTOM-I%X’, BP 5045, 34032 MOWELLIER CEDEX (FRANCE).
2
faible ; à l’inverse, la fin de la saison sèche est remarquable par la
constance et la vigueur des flux d’alizés continentaux.
- Il existe une périodicité nycthémérale rémanente sur l’ensemble
de la période considérée, la vitesse du vent étant minimale au lever
du jour et maximale en milieu d’après-midi ; une périochcité
asynchrone dans la direction dominante du vent y semble associée,
surtout pour la deuxième période.
Mots clés : Alizés, variabilité à court et moyen terme, estuaire
du fleuve Sénégal.
A B S T R A C T
Wind data collected during the cold season, between
December 1989 and May 1990, at the meteorological station of
Saint-Louis air-port (Senegal) are considered.
This season appears representative of an intensive phase
(sensu Roy 1989) of the trade-winds activity : the mean wind speed
over the entire period is high (5.2 m.s-l), and associated with a N-NE
dominante in the trade-winds direction,
Statistical analysis of the tri-hourly wind data averaged over
different time intervals shows that :
- Landward and seaward wind frequencies vary in opposition.
- Winter is characterized by a disturbed trade-winds flow with
high and frequent fluctuations in wind direction and a relatively
weak mean wind speed. During spring. on the opposite, the wind
regime appears regular with a high and persistant landward flux.
- Throughout the period studied, trade-winds velocity shows a
remanent nychthemeral periodicity. Wind speed is minimal in the
early moming and maximal in mid-aftemoon, and wind direction
shows a similar, but asynchronous periodicity, particularly during
spring.
Kev words : trade-winds, middle and short-tenn variability,
Senegal estuary.
P L A N D I R E C T E U R
INTRODUCTION
1. CADRE GENERAL
Spectre de variabilité
2. SAISON SECHE 1989- 1990
2.1. Ensemble de la période
3
2.2. Spectre de variabilité
2.2.1. Variabilité inter-journalière
2.2.2. Variabilité hebdomadaire
2.2.3. Variabilité infra-journalière
CONCLUSION
REMERCIEMENTS
BIBLIOGRAPHIE
FIGURES
I N T R O D U C T I O N
D’un point de vue strictement. physique, les moteurs de l’hydrodyrnamiq~e
esruarienne, susceptibles d’infléchir les tendances à la stratification d’origines thermique ou
pycnoclinique, sont de trois ordres : le vent, la marée et les apports continentaux, Le poids
respectif de ces différents forçages, leur intensité, leur spectre de variabilité, imposeront aux
masses d’eaux et â leurs hôtes leurs dynamiques particulières. Aussi, dans le cadre de la
description des mécanismes et processus qui contrôlent le fonctionnement hydrod.ynamique
de l’estuaire du fleuve Sénégal, nous est-il apparu nécessaire de caractériser dans le détail
la nature de ces variables majeures.
Dans le présent document, nous nous focaliserons uniquement sur la variabilité des
vents mesurés à Saint-Louis durant la saison sèche 1989- 1990.
1 . C A D R E G E N E R A L
La prksence de trois anticyclones subtropicaux constitue l’élément le plus signtiicalif
de la variabilité du climat de l’Afrique Occidentale.
- L’anticyclone des Açores, caractérisé par une forte variabilité saisonnière de c«te et
de position, occupe sa position la plus méridionale en janvier-février. Il dirige alors sur le
Sénégal un flux de secteur Nord â Nord-Est.
- L’anticyclone continental saharien, qui n’est pas un anticyclone pemlanent, qiirige
de novembre à mai sur l’ATrique sahélienne un flux de secteur Est : alizé sec ou harmatta.n.
Lorsque la situation météorologique est peu perturbée sur le nord de: l’Afrique. les
anticyclones lybien et des Açores sont soudés et un flux unique de secteur Est intéresse
alors toute la zone sahélienne.
- L’anticyclone de Sainte-Hélène, doté d’une variabilité moindre que celui des A(:ores,
occupe lui aussi sa position la plus méridionale en janvier. Sa migration vers le nord,
maximale en août, entraîne la mise en place d’un flux de mousson du Sud-Ouest atteignant
les côtes du Sénégal.
4
SPECTRE DE VARIABILITE
Aux latitudes sénégalaises, le balancement saisonnier des anticyclones des Açores et
de Sainte-Hélène, perturbé par l’influence temporaire de l’anticyclone continental saharien,
se: traduit par l’alternance de deux saisons marquées liées au déplacemlent moyen de la
ZITC : Zone Inter-Tropicale de Convergence (Leroux, 1983). Le contraste océan-continent
impose toutefois aux conditions météorologiques de l’Afrique Occidentale tout entière une
complexité certaine, du fait, en particulier, de la migration différente des centres d’action
sur l’océan et sur le continent (Leroux, 1972). On peut cependant dire que le régime des
alizés prédomine lorsque la ZITC est rejetée au sud du 10” de latitude Nord (Bhormeur,
1973). A l’échelle annuelle, on distinguera suivant Rébert (1983) trois périodes :
- de novembre à février, les vents de secteur N-NE sont dominants ; c’est l’alizé
continental ou harmattan ;
- de mars à mai, dominante du secteur N avec progressive rotation vers I’W ; ce: sont les
alizés maritimes ;
- de juillet à septembre, grande variabilité avec néanmoins dominance du sectelu W :
c’est la saison humide ou hivernage ;
- octobre et juin apparaissent comme étant des mois de transition rapide.
A partir des données instantanées tri-horaires enregistrées à l’aéroport de Dak;rr+‘off
sur la période 1963-1986, Roy (1989) a montré que la vitesse moyenne du vent par
quinzaine croît régulièrement d’octobre à décembre jusqu’à 5 m.s-I, reste stable ii cette
valeur jusqu’à la première quinzaine de février, puis s’accroît de nouveau pour atteindre son
maximum, supérieur à 6 m.s-1, en avril. A partir de mai, la vitesse moyenne diminue de
nouveau régulièrement pour se stabiliser durant l’hivernage au voisinage {de 3 ms- 1. Ces
observations confirment la remarque de Rébert. (1983) qui signalait que l’intensite des vents
est plus forte en fin de période d’alizés qu’au début.
L’importance des facteurs climatiques sur l’écosystème marin de 1”Atlanlique Est a
été abondamment illustrée (voir, par exemple Huntsman & Barber, 1977 ; Mittelstaed,
1983 ; Speth & Kôhne, 1983 ; Jacques et Tréguer, 1986). Au Sénégal, du fait du rôle
essentiel joué par la d”ynamique de l’upwelling côtier sur les pêcheries sénégalaises (Freon,
1984 ; Binet, 1988 ; Cm-y et Roy, 1988) un intérêt particulier a été porté aux repenses de
l’océan aux fluctuations climatiques (Teisson. 1982 ; Portolano, 1986). notamment dans le
cadre de l’identification du spectre de variabilité du forçage physique impose par le vent
Roy (1989) s’est ainsi intéressé aux fluctuations d’intensité et de direction du vent
durant la saison sèche (période d’activité de l’upwelling côtier sénégalais). Il en ressort que,
suivant les années, les pourcentages des fréquences associées aux secteurs N-NE et NW-W
dominent. Les vents de secteur N-NE étant en moyenne plus forts de 0,5 ms-1 que les vents
de NW-N, leur dominante entraîne donc une augmentation de la vitesse moyenne
saisomrière. Suivant Roy (1989). il apparaît que c’est le rythme, d’une période de l-ordre de
16 ans, observé dans la direction dominante qui induit l’alternance simultanée de périodes
d’intensification et de relaxation des alizés déjà signalée par Teisson (1982).
Ce schéma général, brossé à partir de statistiques tri-horaires moyennées sur un ou
plusieurs jours traduit donc :
- une variabilité à long terme (périodicité 16 ans) associée à des fluctuations dans la
direction dominante des alizés,
- une variabilité saisonnière à grande échelle, largement décrite et liée au balancement
de la ZITC.
En outre, sur la frange côtière sénégalaise, et notamment en saison sèche, ce
schéma se complique singulièrement en raison de l’importance des écarts thermiques entre
l’océan et le continent qui ajoute une forte composante diurne aux alizés (Halpem, 1977). Ce
phénomène apparaît nettement. sur les hodographes proposés par Rébert (1!383) sur lesquels
l’axe principal tend à être orienté Nord-Sud au niveau du Cap-Vert, et Est-Ouest 9 Saint-
Louis du fait de la posit.ion plus continentale de cette station.
5
La présence de forts gradients zonaux locaux suggère ainsi l’existence probable
d’une forte variabilité à très court terme (“composante diurne”) liée aux écarts thermiques
mer-continent. Dans la mesure où ces fluctuations à court pas de temps peuvent
significativement affecter l’hydroclimat (forçage physique de la dilfusion verticale
turbulente), elles sont susceptibles également de conditionner notoirement la dynamique du
plancton estuarien. Les turbulences dues à l’effet du vent sont en effet susceptibles de
concerner rapidement une fraction importante de la colonne d’eau, contrairement à la
turbulence à plus long terme induite par les courants.
Nous nous intéresserons donc particulièrement à la description de cette composante
à haute fréquence de la variabilité du régime de vent dans l’estuaire du fleuve Sénégal
durant la saison sèche 1989- 1990.
2 . S A I S O N S E C H E 1 9 8 9 - 1 9 9 0
La station météorologique de l’aérodrome de Saint-Louis est située à proximité du
fleuve Sénégal, à environ 3 kilomètres du littoral (fig. 1). Les données recueillies à celte
station sont supposées représentatives du régime de vent auquel est soumis l’ensemble de
la partie estuarienne du fleuve, bien que sa limite amont (barrage de Diama) soit située à
plusieurs kilomètres de la côte.
Nous nous limiterons aux données de vent (vitesse et direction instantanées)
enregistrées à 10 mètres toutes les trois heures de décembre 1989 à rnai 1.990. I-Iuit
secteurs de 45”. chacun numérotés de 1. à 8. ont été définis (N-NE, NE-E Ir . . . . NW.N), le
secteur numéroté 0 correspond au “calme” (vitesse nulle, pas de direction dominante).
Différents groupements (hebdomadaire, journalier. etc) ont été effectués, pour lesquels la
vitesse moyenne du vent et les fréquences moyennes par secteur ont été calculées.
2.1. ENSEMBLE DE LA PERIODE
Une analyse simple des données tri-horaires enregistrées au cours des six mois
considérés (1 456 valeurs, fig. 2) fait apparaître quelques traits saillants (tabl.. 1).
Sur l’ensemble de la série, la vitesse moyenne est de 5.2 m.s-1. La fréqilence
cumulée des secteurs NW-N, N-NE et NE-E est voisine de 90 % avec plus de 60 ?/o des
enregistrements pour le seul secteur N-NE. Les fréquences des vents de secteur SE.-E à
W-NW ainsi que les “calmes” apparaissent négligeables. On notera aussi la très faible
contribution des vents du secteur NW-N (-=z 7 O/o) qui peut être liée, à Saint-Louis, A un effet
dominant de l’influence continentale. On remarquera par ailleurs la vigueur des
évents des
secteurs 3 et 4 qui, bien que rares, seront susceptibles d’influer significativement sur la
dynamique à court terme du régime dominant.
Ces résultats (vitesse moyenne élevée et dominante nette des vents de secteur N-NE)
tendent à suggérer que l’on se situe durant cette période dans une phase “intensive” (sensu
Roy, 1989) du régime d’alizés.
2.2. SPECTRE DE VARIABILITE
Différents groupements des données ont été effectués à partir de la série originale
des vents tri-horaires en moyennant les vitesses instantanées consécutives sur differents
pas de temps. Pour chaque série ainsi constituée, les descripteurs statistiques simples ont
été calculés (tabl. 2).
Nous avons représenté sur la figure 3 l’évolution de la variante en fonction du p,ls ele
temps choisi pour regrouper les données.
6
Il apparaît, comme I”on pouvait s’y attendre, une nette diminution de la variante
depuis V = fi,22 (m.s- ‘.) , pour les valeurs instantanées, jusqu’à V = O,7 1 (m.s- 1.) pour la
série des moyennes mensuelles.
On observera toutefois que :
- La variante de la série des moyennes mensuelles, bien que très faible par rapport à
celle des valeurs instantanées, n’est pas négligeable. Un tel regroupement mensuel des
données, sans grand intérêt pratique, nous permet cependant d’identifier la part de
variabilité de la série liée à une composante à long terme : c’est la trace du cycle annuel que
l’on prend en compte en ne considérant que la saison sèche.
- La part de variabilité infra-journalière (qui disparaît lorsque l’on moyenue ks
données sur 24 heures) est très importante. Cette chute de variante indique qu’un fort
pourcentage de la variante totale de la série est imputable à une forte hétlérogénéité infra-
circadienne dans le rythme du vent. Notons en outre que, si les divers enregistrements
d’une même journée étaient totalement indépendants, la variante attendue pour la série des
vents considérée journalièrement serait 1/8 x 6.22 = 0,78 (m.s- l) , valeur beaucoup plus
faible que celle que l’on observe. Ceci indique l’existence d’une forte autocorrélation emre les
enregistrements successifs d’un méme jour. Nous y reviendrons ultérieurement en détaillant
la rémanente d’une périodicité nycthémérale caractéristique sur l’ensemble de la période
considérée.
- Une grande fraction de la variabilité, filtrée des fluctuations à très court pas de
temps, est dissipée dans la fenêtre l-30 jours : domaine des processus physiques à court et
moyen terme. On quitte là l’échelle de la tendance climatique pour rentrer dans celie des
éu&tements météorologiques qui pourront être de deux ordres :
. soit rémanents et périodiques : autant que leur amplitude ou leur intensité, la
fréquence de tels événements pourra alors constituer une véritable variable de forçage
soit aléatoires et imprévisibles : à l’échelle du phytoplancton, de telles perturbations
seront alors susceptibles de fortement affecter les caractéristiques des peuplements qui les
su’bissent.
Pour le phytoplancton, cette fenêtre temporelle est de première importance. En effet,
bien que les algues aient la possibilité - dans la limite de leurs capacites mét.aboliques
(physiologiques) - de filtrer la variabilité à haute fréquence imposée par le milieu, fl apparaît
que les processus microscopiques engendrés aux courtes échelles de: temps seront
susceptibles de guider, voire de structurer, les réponses du système et ses propriétés
émergemes observables (Harris, 1986). Nous nous attacherons donc, dans les paragraphes
suivants, à en saisir les caractéristiques les plus marquantes.
2.2.1. Variabilité inter-journalière
L’analyse de la série des vents moyens journaliers permet de s’aIfranchir de la
périodicité nycthémérale évoquée précédemment et détaillée au paragraphe suivant. Nous
avons représenté sur la figure 4 l’évolution de la vitesse moyenne joumal.ière sur les six
mois considérés.
Il apparaît que l’évolution à lon terme de la série n’est pas négligea‘ble : de ,4 m.s”l
environ en debut de période à 6 m.s- $ en fin de période. Le maintien dans le temps d’un
régime de vents forts constitue de fait une caractéristique importante de la saison
considérée. F’ar forçage physique, la persistance de ce régime intense sera en efkt
susceptible de notoirement affecter la structure rnême des peuplements phytoplanctoniques
de l’estuaire :
- en termes d’hydroclimat : remise en suspension des sédiments avec remise en solution
de sels nutritifs et/ou modifications des caractéristiques optiques de la colonne d’eau,
mélange de masses d’eaux de qualités différentes ;
- en termes de transport actif des particules phytoplanctoniques : déplacemen: des
algues par diffusion verticale turbulente et/ou dilution des structures par advection
horizontale.
7
La série apparaît d’autre part marquée par une forte irrégularité de la vitesse du
vent, avec une succession de fluctuations de faible amplitude et l’irruption d’événements
violents, d’une durée de quelques jours et dont l’amplitude peu1 largement excéder
l’amplitude de la variabilité saisonnière.
L’auto-corrélogramme relatif à la série des vents journaliers (non figuré) n’a pas fait
ressortir de caractéristique particulièrement remarquable sinon l’absence de wrri:lation
significative au-delà de deux jours entre valeurs successives. Les données tri-horaires ont
donc été regroupées hebdomadairement, les objectifs d’un tel lissage étant de liltrer la
variabilité à court et très court termes de manière, d’une part, à révéler les tendances à
moyen terme et, d’autre part, à mettre en évidence les événements majeurs susceptibles de
s’y superposer.
2.2.2. Variabilité hebdomadaire
Nous avons représenté sur les figures 5a et 5b l’évolution hebdomadaire des
caractéristiques du vent enregistré à Saint-Louis au cours de la saison seche 1989-1990
(moyennes sur 7 jours : tableau 3).
L’observation simultanée des figures 5a et 5b autorise quelques remarques :
- il apparaît nettement une opposition de phase significative entre le secteur N-NE et le
secteur mixte NE-SE : la fréquence d’occurrence du vent dans le secteur N-NE est maximale
quand elle est minimale dans le secteur NE-SE, et inversement ;
- la contribution de secteur N-NE est très largement dominante en fin de saison
(> 80 o/o), période durant laquelle la vitesse moyenne fluctue peu, c’est égal.ement ‘l’époque
durant laquelle la contribution du secteur NW-N (non figurée, voir tableau) atteint son
maximum saisonnier ;
- avant la seizième semaine (mi-mars), la vitesse moyenne évolue peu, mais est
caractérisée par des fluctuations d’amplitudes parfois importantes (par exemple semaine 8 :
Zeme quinzaine de février). A cette époque, les contributions respectives des secteurs N-NE
et NE-SE sont peu différentes, déphasées et très fluctuantes.
Il semble donc se dégager un schéma composé de deux phases successives.
- Durant les quinze premières semaines : régime d’alizés perturbé. Les vents
soufflent tantôt de secteur Nord, tantôt de secteur Est, avec des transitions rapides d’une
semaine à l’autre. La vitesse moyenne hebdomadaire augmente progressivement et est
marquée par d’importantes fluctuations. Il est à noter que les pics de vitesse des semaines 8
et 13 sont tous deux simultanés à une augmentation significative de la contribut.iorr des
vents du secteur E-SE (respectivement 26,8 % et 21.4 % : maxima saisonniers),
- Aprês la 15eme semaine : brusque et régulière augmentation de la vitesse moyenne
associée à une dominante progressive des vents de secteur N-NE et à un tarissemenl rapide
des flux de secteur Est. La vitesse moyenne atteint alors son maximum saisonnier vers la
mi-avril puis reste stationnaire un mois avant de commencer à diminuer à partir dle la mi-
mai. Les vents de secteur Nord dominent avec une faible variabilité tant en vitesse qu’en
direction.
Ce schéma général est conforme à celui proposé par Roy (1989) ; :il met en relief
l’influence de la variabilite de la direction du vent sur la dynamique du régime des alizés.
II révèle par ailleurs la succession de deux situations très contrastées : une première
période de vents relativement faibles, mais soumise à de violentes et transitoires
perturbations dues à de brusques changements de la direction des vents clomirranls, puis
une période marquée par un régime de vents beaucoup plus “prévisible” (évolution
monotone ou statiomrarité de la vitesse) liée à des flux d’alizés de secteur Nord tr&j peu
fluctuant. Roy (1989) avait déjà souligné le rôle majeur de la direction du vent sur la
variabilité saisonnière et interannuelle de l’intensité du régime des alizés. Il semble qu’â
moyen terme et durant la saison étudiée, un tel contrôle de la vitesse moyenne par la
direction dominante soit encore identifiable.
8
2.2.3. Variabilité infra-ioumalière
Nous avons représenté sur la figure 6 l’auto-corrélogramme relatif à la série brute
des vents tri-horaires instantanés. Ce graphe fait ressortir l’existence dune Lrès nette
periodicité infra-circadienne (lag 8 = 24 h), rémanente à l’échelle des six mois considérés, et
qui est vraisemblablement à relier à l’existence dune forte composante diurne: due aux
écarts thermiques océan-continent qui tendront localement à perturber la dynamique à
grande échelle du régime des alizés.
L’existence de deux périodes successives dans la saison nous a conduits a analyser
séparément la nature de cette variabilité à haute fréquence au cours de ces deux périodes :
du ler décembre au 15 mars, du 15 mars au 31 mai. Pour cela, nous avons representé
d’une part, l’évolution de la vitesse moyenne et, d’autre part, l’évolution de la fréquence
relative moyenne d’occurrence du vent dans les quatre principaux secteurs toutes les trois
heures (fig. 7a, b, c et 8a, b, cl. Il apparaît ainsi que la variabilité circadienne indiquee par
l’auto-corrélogramme est associée à un rythme caractéristique de même nature de
fluctuations nycthémérales de la direction du vent.
Durant la première période, la vitesse passe par un minimum vers 6 heures I:L par
un maximum vers 15 heures (fig. 7a) alors que, simultanément, la direction du vent. oscille
entre une nette dominante du secteur N-NE (secteur 1) (fig. 7b) et une situation moins
contrastée ou les quatre secteurs ont approximativement la même fréquence d’apparition
(fig. 7b et 7~). Au cours de la seconde période, les fluctuations nycthémérales de la vitesse
sont de même nature (fig. 8a), mais d’amplitude légèrement plus faible et avec un décalage
du maximum vers la fin de l’après-midi. Les figures 8b et 8c montrent l’alternance
simultanée des secteurs dominants, bien que les rythmes observés ne paraisseni pas
synchrones.
De telles fluctuations à très court terme ont déjà été documentées. Grall et al. ! 1982)
ont ainsi mis en évidence l’influence de la pulsation journalière des alizés sur la production
primaire au large du Maroc. Par ailleurs, il apparaît selon Lemoalle (1979) que, :sur le lac
Tchad, les vents forts ont une nette probabilité de souffler le matin alors qu’à l’invers:. sur
le lac George, le maximum journalier en vitesse est observé en fin de journée .vers 18 ht:ures.
Selon l’auteur, de telles différences sont à l’origine des écarts observés dans la
produc:tivit.é
des deux milieux : le lac Tchad est proportionnellement moins productif que le lac: aGeorges
du fait d’une opacification drastique de ses eaux liée à la remise en suspension des
sédiments par unfetch important et durable.
A l’échelle de l’ensemble de la saison, on observe toutefois une certaine conslance
dans l’évolution journalière des caractéristiques du vent. En particulier, les vents de secteur
NW-N (alizés maritimes) ne soufflent en moyenne que l’après-midi, alors que la
,vitesr;e du
vent est maximale, en entraînant une diminution de la représentation des vents de secteur
N-NE. Michel (1973), d’après des observations quotidiennes (à 6 heures, 1.2 heures et 18
heures) effectuées à Saint-Louis de 1951 à 1955, avait constaté l’occurrence journaliere,
dans le delta du fleuve Sénégal, d’une telle brise de mer diurne dont l’intensité augmerde en
fin d’après-midi.
Le tarissement périodique infra-journalier du flux d’alizé continental est imputable
a
une cinétique météorologique directement liée aux caractéristiques des centres d’action
oceaniques et continentaux. En effet, l’oscillation périodique de l’intensité et de la direction
du vent est attribuable en partie à la variation diurne de la convection thermique due â
l’échauffement des surfaces parcourues par le vent qui se fera différemment sur les surfaces
continentales et sur les surfaces océaniques. Ce phénomène observable à Lrès court lerme
apparaît ainsi lié à des processus climatiques à large échelle, ce qui justifie sa rénrarlence
tout au long de la saison sèche.
9
C O N C L U S I O N
L’analyse à divers pas de temps de la dynamique des vents en saison sèche à Saint-
Louis fait apparaître plusieurs caractéristiques importantes :
- Sur toute la saison, les vents sont dune intensité non négligeable puisque leur
vitesse moyenne hebdomadaire varie de 4 m.s-I environ au mois de décembre à plus de 6
m..s- 1 au mois de mai.
- On observe la succession de deux périodes marquées par une baisse remarquable
dans la vartabilité de la direction des vents dominants. Le secteur des alizés continttntaux
(N-NE) devient majoritaire après le 15 mars. Avant cette date, la vitesse du vent montre des
fluctuations de grande amplitude attribuables à des changements transitoires dans la
direction dominante : les vents des secteurs continentaux (NE à SE), bien que peu
frequents, sont notoirement plus intenses. Ce sont eux qui imposent pour une grande part
la variabilité observée à moyen terme.
- A très court terme apparaît une périodicité nycthémérale caractéristique : le vent
est statistiquement plus fort l’après-midi que la nuit et le mat.in,avec un maximum vers II5
heures ; on observe par ailleurs une périodicité asynchrone entre la direction des vents et
leurs vitesses.
- Quelle que soit l’échelle de temps considérée, une augmentation de la fréquence
des alizés maritimes (NW-N) s’accompagne simultanément d’un tarissement des flux d’alizés
d’origine continentale (N-NE).
La saison sèche 1989-1990 semble correspondre à une saison d’alizés intensifs,
avec une vitesse moyenne élevée et une faible occurrence des vents de secteur NW-N. Il
apparaît que, statistiquement, ces vents ne soufflent que périodiquement et exclusivement
l’après-midi ; le contrôle de ce rythme diurne est vraisemblablement à rechercher parmi les
caractéristiques climatiques régionales qui s’expriment à grande échelle : convections
thermiques et déplacements de centres d’action météorologiques principalement, Une
analyse des données historiques à Saint-Louis (période 1964-1989) serait toutefois
nécessaire pour établir les caractéristiques particulières du régime des vents moyens sur
l’estuaire et, en particulier, son spectre de variabilité inter-annuelle.
Les estuaires sont des milieux sensibles. dune extrême variabilité spatio-temporelle
tant longitudinale que transversale et verticale (Malone, 1986). L’impact dune telle
périodicité nycthémérale sur les caractéristiques hydro-bio-climatiques des masses d’eau
estuariennes et sur leurs hôtes sera vraisemblablement notoire. Une intensification rapide
et périodique de la vitesse du vent liée à un changement significatif de sa direction sera en
effet susceptible :
- d’initier à court terme des processus accrus de diffusion verticale turbulente avec
modification des propriétés de la colonne d’eau (Spigel et al., 1986). remise en suspension
des sédiments et redistribution des sels nutritifs (Demers et d., 1987 ; Carper & I3achma.n,
1984 ; Gabrielson & Lukatelich, 1985),
- et de générer des transports advectifs horizontaux susceptibles de favoriser les
échanges de propriétés entre masses d’eau (Le I%vre, 1986) et de redistribuer lateralcment
les organismes phytoplanctoniques (Huzzey et al.. 1990).
R E M E R C I E M E N T S
Je remercie F. Laloë, J. Le Fur, B. Millet et C. Roy qui ont relu cette note et ,n’ont
guidé de leurs conseils et recommandations.
10
B I B L I O G R A P H I E
BINET (D.), 1988.- Rôle possible d’une intensification des alizés sur le changement de
répartition des sardines et sardinelles le long de la côte ouest-africaine. Aaual. L,iv.
Resour.. 1 : 115-132.
CARPER (G.L.) et R.W. BACHMAN, 1984.- Wind resuspension of sediments in a Prairie Lake.
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1 2
s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
N-NE
NE-E
E-SE
SE-S
S-SW SW-W W-NW NW-PJ
n
4 2
886
309
69
34
0
4
12
99
%
2.9
60.9
21.2
4.7
2.3
-
0.3
0.8
6.8
v
0
5.3
4.7
6.6
7.2
-
2.8
2.6
5.6
s
-
2.41
2.05
2.50
2.37
-
2.17
1.60
1.86
m
-
1
1
1
2
-
1
1
2
M
-
17
15
12
1 2
-
6
7
1 0
tableau Y
: caractéristiques par secteur des vents tri-horaires instantanés enregistrés
à Saint-Louis.
avec
S : numéro du secteur,
n : nombre d’observations par secteur,
% : fréquence d’occurrence par secteur,
v : vitesse moyenne (m/s) par secteur,
s : écart type sur la vitesse par secteur,
m : vitesse minimale observée par secteur,
M : vitesse maximale observée par secteur.
tableau 2
: Evolution de la variante de la série de vent calculée sur les six mois
considéres suivant le regroupement des données sur différents pas de temps.
avec
p : pas en jour sur lequel le groupement a été effectué,
T : série des instantanés trihoraires (p =O. 125 jour),
M : série des moyennes mensuelles (p =28,30 ou 31 jours),
n : effectif de la série,
v : variante de la série.
13
---
-“_l I_-..--
no
V
%(1) %(2) %(3) %(4) %(5) %(6) %(7) %(8) %(Q)
-~-_-- -
1 3.32
64.3
10.7
0
5.4
0
0
1.8
3.6 14.3
2 3.79
57.1
25.0
5.4
1.8
0
0
0
EL9 1.8
3 4.49
39.3
35.7
12.5
5.4
0
0
0
fi..4 1 .8
4 4.57
35.7
37.5
5.4
0
0
0
1.8
19.6 0
5 3.74
50.0 32.1
8.9
0
0
0
0
3.6 5.4
6 4.61
58.9 32.1
1.8
1.8
0
0
0
1.8 3.6
7 4.22
41.1
53.6
5.4
0
0
0
0
0 0
8 6.64
7.1
62.5
26.8
3.6
0
0
0
0 0
9 4.20
64.3
19.6
3.6
0
0
0
0
81.9 3.6
10 4.74
53.6
37.5
7.1
0
0
0
0
1.8 0
11 4.43
21.4
48.2
10.7
12.5
0
0
0
1.8 5.4
12 4.22
66.1
12.5
7.1
0
0
0
1.8
8.9 3.6
13 5.40
19.6 39.3 2-i .4
5.4
0
0
1.8
5.6 ‘7.1
14 5.63
82.1
5.4
0
0
0
0
0
7.1 5.,4
15 4.81
38.6 48.2
3.6
5.4
0
0
1.8
1.8 10.7
16 4.75
55.4
12.5
3.6
12.5
0
1.8
1.8
7.1 5.4
17 5.15
60.7
16.1
0
7.1
0
3.6
0
10.7 1.8
18 5.75
89.3
1.8
0
0
0
0
0
5.4 3.6
19 7.04
94.6
1.8
0
0
0
0
0
3.6 0
20 5.90
91.1
1.8
1.8
1.8
0
0
0
3..6
0
21 6.32
92.6
3.6
0
0
0
0
0
3..6
0
22 6.27
87.5
5.4
0
0
0
0
0
7..1
0
23 6.31
78.6
0
0
0
0
0
0
21.4 0
24 6.41
83.9
7.1
0
0
0
0
0
8.9 0
25 5.90
82.1
0
1.8
0
0
0
1.8
8.9 5.4
26 5.68
75.0
0
0
0
0
0
1.8
21.4 1.8
--- -_.----- _.
tableau 3 : Vitesse moyenne hebdomadaire du vent et fréquence relative
hebdomadaire d’occurence du vent dans chacun des secteurs -
avec . V : vitesse moyenne hebdomadaire (m/s),
%fl : fréquence relative par secteur.
14
AIMA
Fig. 1 :
ESTUAIRE o u
FLEUVE SENEGAL
I/
/ L Dakar-Bang0
!JMR Station
Meteo-
océan
Atlantique
Langue de
Barbarie -
*GANDIOLE
-12Km
F--( barrage
15
temps (1 unite : 3 heures)
Figure 2 : Evolution temporelle de la vitesse du vent tri-horaire instantané 21 Saint-
Louis de décembre 1989 à mai 1990.
I
’
’
’
’
1
’
’
’
,
I
8-
/
/
-i
0-
“~~~~~~~~t~~,,l,,,,l,,,,J,,,~~
ff**~t~aatf<,,l,,,,l
II,,
J,,,I~
0
5
10
15
2 0
2 5
30
jours
Figure 3 : Evolution de la variante dans la série des vitesses du vent en fonction du
pas de temps choisi pour le regroupement des données consécutives.
16
---’
0
40
8 0
120
168
200
jours
Figure 4 : Evolution temporelle de la vitesse moyenne journalière du vent à Saint-Louis
de décembre 1989 à mai 1990.
7.3
6,3
5.3
4.3
3.3
0
5
10
15
20
25
3 0
semaines
Figure 5a : Evolution temporelle de la vitesse moyenne hebdomadaire du vent à Saint-
Louis de décembre 1989 à mai 1990.
17
40
NE-E f E-SE:
0
I
I
t
I
I
I
t
I
I
,
I
,
,
,
,
I
,
I
t
I
I
I
I
,
,
1
,
,
1
I
I
1
0
5
1 0
1 5
20
25
30
semaines
Figure 5b : Fréquences relatives moyennes hebdomadaires d’occurence du Jent à
Saint-Louis dans les secteurs N-NE et NE-SE de décembre 1989 à mai 1990..
decembre a mai
0
-
. . . . .* . . . . . . . . . . ..-...-...--.*” . . . . .SU... .. . . *.. ..- . . . . . . . . - . . . . . . . . . “*.a...* . . . . . . . . . . . . ...<.
- 0 . 5 -
- 1 -
Illlrl~l,t,l,,,l,,,J,~~~
0
40
80
120
160
200
240
las
Figure 6 : Auto-corr&ogramme de la série des vents tri-horaires instantanés mesurés
à Saint-Louis de décembre 1989 à mai 1990.
18
75
.x 50
50
SC
x 25
0
7
14
'il
heures
ANALYSE DE LA VARIABILITE DU VENT
A SAINT-LOUIS DURANT LA SAISON FROIDE
P, CECCHI
DECEMBRE 1989 - MAI 1990
D O C U M E N T
S C I E N T I F I Q U E
C E N T R E OI R E C H E R C H E S O C É A N O G R A P H I Q U E S D E D A K A R - TIARIIYE
NUMÉRO 12 6
+ I N S T I T U T S É N É G A L A I S O E R E C H E R C H E S A G R I C O L E S *
SF:PTFMRRC
1 cl cl 1
ANALYSE DE LA VARIABILITE DU VENT
A SAINT-LOUIS DURANT IA SAISON FROIDE
DECEMBRE 1989 - MAI 1990
Philippe CECCHI(*)
R E S U M E
Les données météorologiques relatives à la vitesse et à la
direction du vent mesurées à l’aérodrome de Saint-Louis (Sénégal)
durant la saison sèche (décembre 1989 - mai 1990) sont ici
considérées.
Il apparaît que cette saison est caractéristique d’une phase
intensive (sensu Roy 1989) du régime des alizés : sur l’ensemble de
La période, la vitesse moyenne est élevée (5.2 m.s-I) et les vents de
secteur N-NE dominent.
L’analyse statistique des données tri-horaires regroupées
suivant différents pas de temps fait ressortir plusieurs points :
- Les fréquences des vents d’origine maritime et continentale
varient toujours en opposition de phase.
- Le début de la saison sèche est caractérisé par un régime d’alizés
perturbé avec de fréquentes et violentes fluctuations dans la
direction des flux dominants et une vitesse moyenne relativement
(‘) Biologiste de I’OR!?IUM en poste au Centre de Recherches Océanographiques de Dakar, Thmyc:
(CRODT-ISRAJ, BP 224 1, DAKAR (SENEGAL).
adresse actuelle : ORSTOM-I%X’, BP 5045, 34032 MOWELLIER CEDEX (FRANCE).
2
faible ; à l’inverse, la fin de la saison sèche est remarquable par la
constance et la vigueur des flux d’alizés continentaux.
- Il existe une périodicité nycthémérale rémanente sur l’ensemble
de la période considérée, la vitesse du vent étant minimale au lever
du jour et maximale en milieu d’après-midi ; une périochcité
asynchrone dans la direction dominante du vent y semble associée,
surtout pour la deuxième période.
Mots clés : Alizés, variabilité à court et moyen terme, estuaire
du fleuve Sénégal.
A B S T R A C T
Wind data collected during the cold season, between
December 1989 and May 1990, at the meteorological station of
Saint-Louis air-port (Senegal) are considered.
This season appears representative of an intensive phase
(sensu Roy 1989) of the trade-winds activity : the mean wind speed
over the entire period is high (5.2 m.s-l), and associated with a N-NE
dominante in the trade-winds direction,
Statistical analysis of the tri-hourly wind data averaged over
different time intervals shows that :
- Landward and seaward wind frequencies vary in opposition.
- Winter is characterized by a disturbed trade-winds flow with
high and frequent fluctuations in wind direction and a relatively
weak mean wind speed. During spring. on the opposite, the wind
regime appears regular with a high and persistant landward flux.
- Throughout the period studied, trade-winds velocity shows a
remanent nychthemeral periodicity. Wind speed is minimal in the
early moming and maximal in mid-aftemoon, and wind direction
shows a similar, but asynchronous periodicity, particularly during
spring.
Kev words : trade-winds, middle and short-tenn variability,
Senegal estuary.
P L A N D I R E C T E U R
INTRODUCTION
1. CADRE GENERAL
Spectre de variabilité
2. SAISON SECHE 1989- 1990
2.1. Ensemble de la période
3
2.2. Spectre de variabilité
2.2.1. Variabilité inter-journalière
2.2.2. Variabilité hebdomadaire
2.2.3. Variabilité infra-journalière
CONCLUSION
REMERCIEMENTS
BIBLIOGRAPHIE
FIGURES
I N T R O D U C T I O N
D’un point de vue strictement. physique, les moteurs de l’hydrodyrnamiq~e
esruarienne, susceptibles d’infléchir les tendances à la stratification d’origines thermique ou
pycnoclinique, sont de trois ordres : le vent, la marée et les apports continentaux, Le poids
respectif de ces différents forçages, leur intensité, leur spectre de variabilité, imposeront aux
masses d’eaux et â leurs hôtes leurs dynamiques particulières. Aussi, dans le cadre de la
description des mécanismes et processus qui contrôlent le fonctionnement hydrod.ynamique
de l’estuaire du fleuve Sénégal, nous est-il apparu nécessaire de caractériser dans le détail
la nature de ces variables majeures.
Dans le présent document, nous nous focaliserons uniquement sur la variabilité des
vents mesurés à Saint-Louis durant la saison sèche 1989- 1990.
1 . C A D R E G E N E R A L
La prksence de trois anticyclones subtropicaux constitue l’élément le plus signtiicalif
de la variabilité du climat de l’Afrique Occidentale.
- L’anticyclone des Açores, caractérisé par une forte variabilité saisonnière de c«te et
de position, occupe sa position la plus méridionale en janvier-février. Il dirige alors sur le
Sénégal un flux de secteur Nord â Nord-Est.
- L’anticyclone continental saharien, qui n’est pas un anticyclone pemlanent, qiirige
de novembre à mai sur l’ATrique sahélienne un flux de secteur Est : alizé sec ou harmatta.n.
Lorsque la situation météorologique est peu perturbée sur le nord de: l’Afrique. les
anticyclones lybien et des Açores sont soudés et un flux unique de secteur Est intéresse
alors toute la zone sahélienne.
- L’anticyclone de Sainte-Hélène, doté d’une variabilité moindre que celui des A(:ores,
occupe lui aussi sa position la plus méridionale en janvier. Sa migration vers le nord,
maximale en août, entraîne la mise en place d’un flux de mousson du Sud-Ouest atteignant
les côtes du Sénégal.
4
SPECTRE DE VARIABILITE
Aux latitudes sénégalaises, le balancement saisonnier des anticyclones des Açores et
de Sainte-Hélène, perturbé par l’influence temporaire de l’anticyclone continental saharien,
se: traduit par l’alternance de deux saisons marquées liées au déplacemlent moyen de la
ZITC : Zone Inter-Tropicale de Convergence (Leroux, 1983). Le contraste océan-continent
impose toutefois aux conditions météorologiques de l’Afrique Occidentale tout entière une
complexité certaine, du fait, en particulier, de la migration différente des centres d’action
sur l’océan et sur le continent (Leroux, 1972). On peut cependant dire que le régime des
alizés prédomine lorsque la ZITC est rejetée au sud du 10” de latitude Nord (Bhormeur,
1973). A l’échelle annuelle, on distinguera suivant Rébert (1983) trois périodes :
- de novembre à février, les vents de secteur N-NE sont dominants ; c’est l’alizé
continental ou harmattan ;
- de mars à mai, dominante du secteur N avec progressive rotation vers I’W ; ce: sont les
alizés maritimes ;
- de juillet à septembre, grande variabilité avec néanmoins dominance du sectelu W :
c’est la saison humide ou hivernage ;
- octobre et juin apparaissent comme étant des mois de transition rapide.
A partir des données instantanées tri-horaires enregistrées à l’aéroport de Dak;rr+‘off
sur la période 1963-1986, Roy (1989) a montré que la vitesse moyenne du vent par
quinzaine croît régulièrement d’octobre à décembre jusqu’à 5 m.s-I, reste stable ii cette
valeur jusqu’à la première quinzaine de février, puis s’accroît de nouveau pour atteindre son
maximum, supérieur à 6 m.s-1, en avril. A partir de mai, la vitesse moyenne diminue de
nouveau régulièrement pour se stabiliser durant l’hivernage au voisinage {de 3 ms- 1. Ces
observations confirment la remarque de Rébert. (1983) qui signalait que l’intensite des vents
est plus forte en fin de période d’alizés qu’au début.
L’importance des facteurs climatiques sur l’écosystème marin de 1”Atlanlique Est a
été abondamment illustrée (voir, par exemple Huntsman & Barber, 1977 ; Mittelstaed,
1983 ; Speth & Kôhne, 1983 ; Jacques et Tréguer, 1986). Au Sénégal, du fait du rôle
essentiel joué par la d”ynamique de l’upwelling côtier sur les pêcheries sénégalaises (Freon,
1984 ; Binet, 1988 ; Cm-y et Roy, 1988) un intérêt particulier a été porté aux repenses de
l’océan aux fluctuations climatiques (Teisson. 1982 ; Portolano, 1986). notamment dans le
cadre de l’identification du spectre de variabilité du forçage physique impose par le vent
Roy (1989) s’est ainsi intéressé aux fluctuations d’intensité et de direction du vent
durant la saison sèche (période d’activité de l’upwelling côtier sénégalais). Il en ressort que,
suivant les années, les pourcentages des fréquences associées aux secteurs N-NE et NW-W
dominent. Les vents de secteur N-NE étant en moyenne plus forts de 0,5 ms-1 que les vents
de NW-N, leur dominante entraîne donc une augmentation de la vitesse moyenne
saisomrière. Suivant Roy (1989). il apparaît que c’est le rythme, d’une période de l-ordre de
16 ans, observé dans la direction dominante qui induit l’alternance simultanée de périodes
d’intensification et de relaxation des alizés déjà signalée par Teisson (1982).
Ce schéma général, brossé à partir de statistiques tri-horaires moyennées sur un ou
plusieurs jours traduit donc :
- une variabilité à long terme (périodicité 16 ans) associée à des fluctuations dans la
direction dominante des alizés,
- une variabilité saisonnière à grande échelle, largement décrite et liée au balancement
de la ZITC.
En outre, sur la frange côtière sénégalaise, et notamment en saison sèche, ce
schéma se complique singulièrement en raison de l’importance des écarts thermiques entre
l’océan et le continent qui ajoute une forte composante diurne aux alizés (Halpem, 1977). Ce
phénomène apparaît nettement. sur les hodographes proposés par Rébert (1!383) sur lesquels
l’axe principal tend à être orienté Nord-Sud au niveau du Cap-Vert, et Est-Ouest 9 Saint-
Louis du fait de la posit.ion plus continentale de cette station.
5
La présence de forts gradients zonaux locaux suggère ainsi l’existence probable
d’une forte variabilité à très court terme (“composante diurne”) liée aux écarts thermiques
mer-continent. Dans la mesure où ces fluctuations à court pas de temps peuvent
significativement affecter l’hydroclimat (forçage physique de la dilfusion verticale
turbulente), elles sont susceptibles également de conditionner notoirement la dynamique du
plancton estuarien. Les turbulences dues à l’effet du vent sont en effet susceptibles de
concerner rapidement une fraction importante de la colonne d’eau, contrairement à la
turbulence à plus long terme induite par les courants.
Nous nous intéresserons donc particulièrement à la description de cette composante
à haute fréquence de la variabilité du régime de vent dans l’estuaire du fleuve Sénégal
durant la saison sèche 1989- 1990.
2 . S A I S O N S E C H E 1 9 8 9 - 1 9 9 0
La station météorologique de l’aérodrome de Saint-Louis est située à proximité du
fleuve Sénégal, à environ 3 kilomètres du littoral (fig. 1). Les données recueillies à celte
station sont supposées représentatives du régime de vent auquel est soumis l’ensemble de
la partie estuarienne du fleuve, bien que sa limite amont (barrage de Diama) soit située à
plusieurs kilomètres de la côte.
Nous nous limiterons aux données de vent (vitesse et direction instantanées)
enregistrées à 10 mètres toutes les trois heures de décembre 1989 à rnai 1.990. I-Iuit
secteurs de 45”. chacun numérotés de 1. à 8. ont été définis (N-NE, NE-E Ir . . . . NW.N), le
secteur numéroté 0 correspond au “calme” (vitesse nulle, pas de direction dominante).
Différents groupements (hebdomadaire, journalier. etc) ont été effectués, pour lesquels la
vitesse moyenne du vent et les fréquences moyennes par secteur ont été calculées.
2.1. ENSEMBLE DE LA PERIODE
Une analyse simple des données tri-horaires enregistrées au cours des six mois
considérés (1 456 valeurs, fig. 2) fait apparaître quelques traits saillants (tabl.. 1).
Sur l’ensemble de la série, la vitesse moyenne est de 5.2 m.s-1. La fréqilence
cumulée des secteurs NW-N, N-NE et NE-E est voisine de 90 % avec plus de 60 ?/o des
enregistrements pour le seul secteur N-NE. Les fréquences des vents de secteur SE.-E à
W-NW ainsi que les “calmes” apparaissent négligeables. On notera aussi la très faible
contribution des vents du secteur NW-N (-=z 7 O/o) qui peut être liée, à Saint-Louis, A un effet
dominant de l’influence continentale. On remarquera par ailleurs la vigueur des
évents des
secteurs 3 et 4 qui, bien que rares, seront susceptibles d’influer significativement sur la
dynamique à court terme du régime dominant.
Ces résultats (vitesse moyenne élevée et dominante nette des vents de secteur N-NE)
tendent à suggérer que l’on se situe durant cette période dans une phase “intensive” (sensu
Roy, 1989) du régime d’alizés.
2.2. SPECTRE DE VARIABILITE
Différents groupements des données ont été effectués à partir de la série originale
des vents tri-horaires en moyennant les vitesses instantanées consécutives sur differents
pas de temps. Pour chaque série ainsi constituée, les descripteurs statistiques simples ont
été calculés (tabl. 2).
Nous avons représenté sur la figure 3 l’évolution de la variante en fonction du p,ls ele
temps choisi pour regrouper les données.
6
Il apparaît, comme I”on pouvait s’y attendre, une nette diminution de la variante
depuis V = fi,22 (m.s- ‘.) , pour les valeurs instantanées, jusqu’à V = O,7 1 (m.s- 1.) pour la
série des moyennes mensuelles.
On observera toutefois que :
- La variante de la série des moyennes mensuelles, bien que très faible par rapport à
celle des valeurs instantanées, n’est pas négligeable. Un tel regroupement mensuel des
données, sans grand intérêt pratique, nous permet cependant d’identifier la part de
variabilité de la série liée à une composante à long terme : c’est la trace du cycle annuel que
l’on prend en compte en ne considérant que la saison sèche.
- La part de variabilité infra-journalière (qui disparaît lorsque l’on moyenue ks
données sur 24 heures) est très importante. Cette chute de variante indique qu’un fort
pourcentage de la variante totale de la série est imputable à une forte hétlérogénéité infra-
circadienne dans le rythme du vent. Notons en outre que, si les divers enregistrements
d’une même journée étaient totalement indépendants, la variante attendue pour la série des
vents considérée journalièrement serait 1/8 x 6.22 = 0,78 (m.s- l) , valeur beaucoup plus
faible que celle que l’on observe. Ceci indique l’existence d’une forte autocorrélation emre les
enregistrements successifs d’un méme jour. Nous y reviendrons ultérieurement en détaillant
la rémanente d’une périodicité nycthémérale caractéristique sur l’ensemble de la période
considérée.
- Une grande fraction de la variabilité, filtrée des fluctuations à très court pas de
temps, est dissipée dans la fenêtre l-30 jours : domaine des processus physiques à court et
moyen terme. On quitte là l’échelle de la tendance climatique pour rentrer dans celie des
éu&tements météorologiques qui pourront être de deux ordres :
. soit rémanents et périodiques : autant que leur amplitude ou leur intensité, la
fréquence de tels événements pourra alors constituer une véritable variable de forçage
soit aléatoires et imprévisibles : à l’échelle du phytoplancton, de telles perturbations
seront alors susceptibles de fortement affecter les caractéristiques des peuplements qui les
su’bissent.
Pour le phytoplancton, cette fenêtre temporelle est de première importance. En effet,
bien que les algues aient la possibilité - dans la limite de leurs capacites mét.aboliques
(physiologiques) - de filtrer la variabilité à haute fréquence imposée par le milieu, fl apparaît
que les processus microscopiques engendrés aux courtes échelles de: temps seront
susceptibles de guider, voire de structurer, les réponses du système et ses propriétés
émergemes observables (Harris, 1986). Nous nous attacherons donc, dans les paragraphes
suivants, à en saisir les caractéristiques les plus marquantes.
2.2.1. Variabilité inter-journalière
L’analyse de la série des vents moyens journaliers permet de s’aIfranchir de la
périodicité nycthémérale évoquée précédemment et détaillée au paragraphe suivant. Nous
avons représenté sur la figure 4 l’évolution de la vitesse moyenne joumal.ière sur les six
mois considérés.
Il apparaît que l’évolution à lon terme de la série n’est pas négligea‘ble : de ,4 m.s”l
environ en debut de période à 6 m.s- $ en fin de période. Le maintien dans le temps d’un
régime de vents forts constitue de fait une caractéristique importante de la saison
considérée. F’ar forçage physique, la persistance de ce régime intense sera en efkt
susceptible de notoirement affecter la structure rnême des peuplements phytoplanctoniques
de l’estuaire :
- en termes d’hydroclimat : remise en suspension des sédiments avec remise en solution
de sels nutritifs et/ou modifications des caractéristiques optiques de la colonne d’eau,
mélange de masses d’eaux de qualités différentes ;
- en termes de transport actif des particules phytoplanctoniques : déplacemen: des
algues par diffusion verticale turbulente et/ou dilution des structures par advection
horizontale.
7
La série apparaît d’autre part marquée par une forte irrégularité de la vitesse du
vent, avec une succession de fluctuations de faible amplitude et l’irruption d’événements
violents, d’une durée de quelques jours et dont l’amplitude peu1 largement excéder
l’amplitude de la variabilité saisonnière.
L’auto-corrélogramme relatif à la série des vents journaliers (non figuré) n’a pas fait
ressortir de caractéristique particulièrement remarquable sinon l’absence de wrri:lation
significative au-delà de deux jours entre valeurs successives. Les données tri-horaires ont
donc été regroupées hebdomadairement, les objectifs d’un tel lissage étant de liltrer la
variabilité à court et très court termes de manière, d’une part, à révéler les tendances à
moyen terme et, d’autre part, à mettre en évidence les événements majeurs susceptibles de
s’y superposer.
2.2.2. Variabilité hebdomadaire
Nous avons représenté sur les figures 5a et 5b l’évolution hebdomadaire des
caractéristiques du vent enregistré à Saint-Louis au cours de la saison seche 1989-1990
(moyennes sur 7 jours : tableau 3).
L’observation simultanée des figures 5a et 5b autorise quelques remarques :
- il apparaît nettement une opposition de phase significative entre le secteur N-NE et le
secteur mixte NE-SE : la fréquence d’occurrence du vent dans le secteur N-NE est maximale
quand elle est minimale dans le secteur NE-SE, et inversement ;
- la contribution de secteur N-NE est très largement dominante en fin de saison
(> 80 o/o), période durant laquelle la vitesse moyenne fluctue peu, c’est égal.ement ‘l’époque
durant laquelle la contribution du secteur NW-N (non figurée, voir tableau) atteint son
maximum saisonnier ;
- avant la seizième semaine (mi-mars), la vitesse moyenne évolue peu, mais est
caractérisée par des fluctuations d’amplitudes parfois importantes (par exemple semaine 8 :
Zeme quinzaine de février). A cette époque, les contributions respectives des secteurs N-NE
et NE-SE sont peu différentes, déphasées et très fluctuantes.
Il semble donc se dégager un schéma composé de deux phases successives.
- Durant les quinze premières semaines : régime d’alizés perturbé. Les vents
soufflent tantôt de secteur Nord, tantôt de secteur Est, avec des transitions rapides d’une
semaine à l’autre. La vitesse moyenne hebdomadaire augmente progressivement et est
marquée par d’importantes fluctuations. Il est à noter que les pics de vitesse des semaines 8
et 13 sont tous deux simultanés à une augmentation significative de la contribut.iorr des
vents du secteur E-SE (respectivement 26,8 % et 21.4 % : maxima saisonniers),
- Aprês la 15eme semaine : brusque et régulière augmentation de la vitesse moyenne
associée à une dominante progressive des vents de secteur N-NE et à un tarissemenl rapide
des flux de secteur Est. La vitesse moyenne atteint alors son maximum saisonnier vers la
mi-avril puis reste stationnaire un mois avant de commencer à diminuer à partir dle la mi-
mai. Les vents de secteur Nord dominent avec une faible variabilité tant en vitesse qu’en
direction.
Ce schéma général est conforme à celui proposé par Roy (1989) ; :il met en relief
l’influence de la variabilite de la direction du vent sur la dynamique du régime des alizés.
II révèle par ailleurs la succession de deux situations très contrastées : une première
période de vents relativement faibles, mais soumise à de violentes et transitoires
perturbations dues à de brusques changements de la direction des vents clomirranls, puis
une période marquée par un régime de vents beaucoup plus “prévisible” (évolution
monotone ou statiomrarité de la vitesse) liée à des flux d’alizés de secteur Nord tr&j peu
fluctuant. Roy (1989) avait déjà souligné le rôle majeur de la direction du vent sur la
variabilité saisonnière et interannuelle de l’intensité du régime des alizés. Il semble qu’â
moyen terme et durant la saison étudiée, un tel contrôle de la vitesse moyenne par la
direction dominante soit encore identifiable.
8
2.2.3. Variabilité infra-ioumalière
Nous avons représenté sur la figure 6 l’auto-corrélogramme relatif à la série brute
des vents tri-horaires instantanés. Ce graphe fait ressortir l’existence dune Lrès nette
periodicité infra-circadienne (lag 8 = 24 h), rémanente à l’échelle des six mois considérés, et
qui est vraisemblablement à relier à l’existence dune forte composante diurne: due aux
écarts thermiques océan-continent qui tendront localement à perturber la dynamique à
grande échelle du régime des alizés.
L’existence de deux périodes successives dans la saison nous a conduits a analyser
séparément la nature de cette variabilité à haute fréquence au cours de ces deux périodes :
du ler décembre au 15 mars, du 15 mars au 31 mai. Pour cela, nous avons representé
d’une part, l’évolution de la vitesse moyenne et, d’autre part, l’évolution de la fréquence
relative moyenne d’occurrence du vent dans les quatre principaux secteurs toutes les trois
heures (fig. 7a, b, c et 8a, b, cl. Il apparaît ainsi que la variabilité circadienne indiquee par
l’auto-corrélogramme est associée à un rythme caractéristique de même nature de
fluctuations nycthémérales de la direction du vent.
Durant la première période, la vitesse passe par un minimum vers 6 heures I:L par
un maximum vers 15 heures (fig. 7a) alors que, simultanément, la direction du vent. oscille
entre une nette dominante du secteur N-NE (secteur 1) (fig. 7b) et une situation moins
contrastée ou les quatre secteurs ont approximativement la même fréquence d’apparition
(fig. 7b et 7~). Au cours de la seconde période, les fluctuations nycthémérales de la vitesse
sont de même nature (fig. 8a), mais d’amplitude légèrement plus faible et avec un décalage
du maximum vers la fin de l’après-midi. Les figures 8b et 8c montrent l’alternance
simultanée des secteurs dominants, bien que les rythmes observés ne paraisseni pas
synchrones.
De telles fluctuations à très court terme ont déjà été documentées. Grall et al. ! 1982)
ont ainsi mis en évidence l’influence de la pulsation journalière des alizés sur la production
primaire au large du Maroc. Par ailleurs, il apparaît selon Lemoalle (1979) que, :sur le lac
Tchad, les vents forts ont une nette probabilité de souffler le matin alors qu’à l’invers:. sur
le lac George, le maximum journalier en vitesse est observé en fin de journée .vers 18 ht:ures.
Selon l’auteur, de telles différences sont à l’origine des écarts observés dans la
produc:tivit.é
des deux milieux : le lac Tchad est proportionnellement moins productif que le lac: aGeorges
du fait d’une opacification drastique de ses eaux liée à la remise en suspension des
sédiments par unfetch important et durable.
A l’échelle de l’ensemble de la saison, on observe toutefois une certaine conslance
dans l’évolution journalière des caractéristiques du vent. En particulier, les vents de secteur
NW-N (alizés maritimes) ne soufflent en moyenne que l’après-midi, alors que la
,vitesr;e du
vent est maximale, en entraînant une diminution de la représentation des vents de secteur
N-NE. Michel (1973), d’après des observations quotidiennes (à 6 heures, 1.2 heures et 18
heures) effectuées à Saint-Louis de 1951 à 1955, avait constaté l’occurrence journaliere,
dans le delta du fleuve Sénégal, d’une telle brise de mer diurne dont l’intensité augmerde en
fin d’après-midi.
Le tarissement périodique infra-journalier du flux d’alizé continental est imputable
a
une cinétique météorologique directement liée aux caractéristiques des centres d’action
oceaniques et continentaux. En effet, l’oscillation périodique de l’intensité et de la direction
du vent est attribuable en partie à la variation diurne de la convection thermique due â
l’échauffement des surfaces parcourues par le vent qui se fera différemment sur les surfaces
continentales et sur les surfaces océaniques. Ce phénomène observable à Lrès court lerme
apparaît ainsi lié à des processus climatiques à large échelle, ce qui justifie sa rénrarlence
tout au long de la saison sèche.
9
C O N C L U S I O N
L’analyse à divers pas de temps de la dynamique des vents en saison sèche à Saint-
Louis fait apparaître plusieurs caractéristiques importantes :
- Sur toute la saison, les vents sont dune intensité non négligeable puisque leur
vitesse moyenne hebdomadaire varie de 4 m.s-I environ au mois de décembre à plus de 6
m..s- 1 au mois de mai.
- On observe la succession de deux périodes marquées par une baisse remarquable
dans la vartabilité de la direction des vents dominants. Le secteur des alizés continttntaux
(N-NE) devient majoritaire après le 15 mars. Avant cette date, la vitesse du vent montre des
fluctuations de grande amplitude attribuables à des changements transitoires dans la
direction dominante : les vents des secteurs continentaux (NE à SE), bien que peu
frequents, sont notoirement plus intenses. Ce sont eux qui imposent pour une grande part
la variabilité observée à moyen terme.
- A très court terme apparaît une périodicité nycthémérale caractéristique : le vent
est statistiquement plus fort l’après-midi que la nuit et le mat.in,avec un maximum vers II5
heures ; on observe par ailleurs une périodicité asynchrone entre la direction des vents et
leurs vitesses.
- Quelle que soit l’échelle de temps considérée, une augmentation de la fréquence
des alizés maritimes (NW-N) s’accompagne simultanément d’un tarissement des flux d’alizés
d’origine continentale (N-NE).
La saison sèche 1989-1990 semble correspondre à une saison d’alizés intensifs,
avec une vitesse moyenne élevée et une faible occurrence des vents de secteur NW-N. Il
apparaît que, statistiquement, ces vents ne soufflent que périodiquement et exclusivement
l’après-midi ; le contrôle de ce rythme diurne est vraisemblablement à rechercher parmi les
caractéristiques climatiques régionales qui s’expriment à grande échelle : convections
thermiques et déplacements de centres d’action météorologiques principalement, Une
analyse des données historiques à Saint-Louis (période 1964-1989) serait toutefois
nécessaire pour établir les caractéristiques particulières du régime des vents moyens sur
l’estuaire et, en particulier, son spectre de variabilité inter-annuelle.
Les estuaires sont des milieux sensibles. dune extrême variabilité spatio-temporelle
tant longitudinale que transversale et verticale (Malone, 1986). L’impact dune telle
périodicité nycthémérale sur les caractéristiques hydro-bio-climatiques des masses d’eau
estuariennes et sur leurs hôtes sera vraisemblablement notoire. Une intensification rapide
et périodique de la vitesse du vent liée à un changement significatif de sa direction sera en
effet susceptible :
- d’initier à court terme des processus accrus de diffusion verticale turbulente avec
modification des propriétés de la colonne d’eau (Spigel et al., 1986). remise en suspension
des sédiments et redistribution des sels nutritifs (Demers et d., 1987 ; Carper & I3achma.n,
1984 ; Gabrielson & Lukatelich, 1985),
- et de générer des transports advectifs horizontaux susceptibles de favoriser les
échanges de propriétés entre masses d’eau (Le I%vre, 1986) et de redistribuer lateralcment
les organismes phytoplanctoniques (Huzzey et al.. 1990).
R E M E R C I E M E N T S
Je remercie F. Laloë, J. Le Fur, B. Millet et C. Roy qui ont relu cette note et ,n’ont
guidé de leurs conseils et recommandations.
10
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1 2
s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
N-NE
NE-E
E-SE
SE-S
S-SW SW-W W-NW NW-PJ
n
4 2
886
309
69
34
0
4
12
99
%
2.9
60.9
21.2
4.7
2.3
-
0.3
0.8
6.8
v
0
5.3
4.7
6.6
7.2
-
2.8
2.6
5.6
s
-
2.41
2.05
2.50
2.37
-
2.17
1.60
1.86
m
-
1
1
1
2
-
1
1
2
M
-
17
15
12
1 2
-
6
7
1 0
tableau Y
: caractéristiques par secteur des vents tri-horaires instantanés enregistrés
à Saint-Louis.
avec
S : numéro du secteur,
n : nombre d’observations par secteur,
% : fréquence d’occurrence par secteur,
v : vitesse moyenne (m/s) par secteur,
s : écart type sur la vitesse par secteur,
m : vitesse minimale observée par secteur,
M : vitesse maximale observée par secteur.
tableau 2
: Evolution de la variante de la série de vent calculée sur les six mois
considéres suivant le regroupement des données sur différents pas de temps.
avec
p : pas en jour sur lequel le groupement a été effectué,
T : série des instantanés trihoraires (p =O. 125 jour),
M : série des moyennes mensuelles (p =28,30 ou 31 jours),
n : effectif de la série,
v : variante de la série.
13
---
-“_l I_-..--
no
V
%(1) %(2) %(3) %(4) %(5) %(6) %(7) %(8) %(Q)
-~-_-- -
1 3.32
64.3
10.7
0
5.4
0
0
1.8
3.6 14.3
2 3.79
57.1
25.0
5.4
1.8
0
0
0
EL9 1.8
3 4.49
39.3
35.7
12.5
5.4
0
0
0
fi..4 1 .8
4 4.57
35.7
37.5
5.4
0
0
0
1.8
19.6 0
5 3.74
50.0 32.1
8.9
0
0
0
0
3.6 5.4
6 4.61
58.9 32.1
1.8
1.8
0
0
0
1.8 3.6
7 4.22
41.1
53.6
5.4
0
0
0
0
0 0
8 6.64
7.1
62.5
26.8
3.6
0
0
0
0 0
9 4.20
64.3
19.6
3.6
0
0
0
0
81.9 3.6
10 4.74
53.6
37.5
7.1
0
0
0
0
1.8 0
11 4.43
21.4
48.2
10.7
12.5
0
0
0
1.8 5.4
12 4.22
66.1
12.5
7.1
0
0
0
1.8
8.9 3.6
13 5.40
19.6 39.3 2-i .4
5.4
0
0
1.8
5.6 ‘7.1
14 5.63
82.1
5.4
0
0
0
0
0
7.1 5.,4
15 4.81
38.6 48.2
3.6
5.4
0
0
1.8
1.8 10.7
16 4.75
55.4
12.5
3.6
12.5
0
1.8
1.8
7.1 5.4
17 5.15
60.7
16.1
0
7.1
0
3.6
0
10.7 1.8
18 5.75
89.3
1.8
0
0
0
0
0
5.4 3.6
19 7.04
94.6
1.8
0
0
0
0
0
3.6 0
20 5.90
91.1
1.8
1.8
1.8
0
0
0
3..6
0
21 6.32
92.6
3.6
0
0
0
0
0
3..6
0
22 6.27
87.5
5.4
0
0
0
0
0
7..1
0
23 6.31
78.6
0
0
0
0
0
0
21.4 0
24 6.41
83.9
7.1
0
0
0
0
0
8.9 0
25 5.90
82.1
0
1.8
0
0
0
1.8
8.9 5.4
26 5.68
75.0
0
0
0
0
0
1.8
21.4 1.8
--- -_.----- _.
tableau 3 : Vitesse moyenne hebdomadaire du vent et fréquence relative
hebdomadaire d’occurence du vent dans chacun des secteurs -
avec . V : vitesse moyenne hebdomadaire (m/s),
%fl : fréquence relative par secteur.
14
AIMA
Fig. 1 :
ESTUAIRE o u
FLEUVE SENEGAL
I/
/ L Dakar-Bang0
!JMR Station
Meteo-
océan
Atlantique
Langue de
Barbarie -
*GANDIOLE
-12Km
F--( barrage
15
temps (1 unite : 3 heures)
Figure 2 : Evolution temporelle de la vitesse du vent tri-horaire instantané 21 Saint-
Louis de décembre 1989 à mai 1990.
I
’
’
’
’
1
’
’
’
,
I
8-
/
/
-i
0-
“~~~~~~~~t~~,,l,,,,l,,,,J,,,~~
ff**~t~aatf<,,l,,,,l
II,,
J,,,I~
0
5
10
15
2 0
2 5
30
jours
Figure 3 : Evolution de la variante dans la série des vitesses du vent en fonction du
pas de temps choisi pour le regroupement des données consécutives.
16
---’
0
40
8 0
120
168
200
jours
Figure 4 : Evolution temporelle de la vitesse moyenne journalière du vent à Saint-Louis
de décembre 1989 à mai 1990.
7.3
6,3
5.3
4.3
3.3
0
5
10
15
20
25
3 0
semaines
Figure 5a : Evolution temporelle de la vitesse moyenne hebdomadaire du vent à Saint-
Louis de décembre 1989 à mai 1990.
17
40
NE-E f E-SE:
0
I
I
t
I
I
I
t
I
I
,
I
,
,
,
,
I
,
I
t
I
I
I
I
,
,
1
,
,
1
I
I
1
0
5
1 0
1 5
20
25
30
semaines
Figure 5b : Fréquences relatives moyennes hebdomadaires d’occurence du Jent à
Saint-Louis dans les secteurs N-NE et NE-SE de décembre 1989 à mai 1990..
decembre a mai
0
-
. . . . .* . . . . . . . . . . ..-...-...--.*” . . . . .SU... .. . . *.. ..- . . . . . . . . - . . . . . . . . . “*.a...* . . . . . . . . . . . . ...<.
- 0 . 5 -
- 1 -
Illlrl~l,t,l,,,l,,,J,~~~
0
40
80
120
160
200
240
las
Figure 6 : Auto-corr&ogramme de la série des vents tri-horaires instantanés mesurés
à Saint-Louis de décembre 1989 à mai 1990.
18
75
.x 50
50
SC
x 25
0
7
14
'il
heures