le projet AMMA au Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO)

Publications du CHANTIER ‘SAHEL’ (2002-2008)

2008

Gruhier C., de Rosnay P., Kerr Y., Mougin E., Ceschia E., Calvet J.C., Richaume P., 2008, Evaluation of AMSR-E soil moisture products based on ground soil moisture measurements over temperate and semi-arid regions. Geophy. Res. Letters, 35, L10405, doi:10.1029/2008GL033330. .

Janicot S., Ali A., Asencio N., Berry G., Bock O., Bourles B., Caniaux G., Chauvin F., Deme A., Kergoat L., Lafore J.-P., Lavaysse C., Lebel T., Marticorena B., Mounier F., Redelsperger J.-L., Ravegnani F., Reeves C., Roca R., de Rosnay P., Sultan B., Thorncroft C., Tomasini M., Ulanovsky A. and ACMAD forecasters team, 2008, Large-scale overview of the summer monsoon over West and Central Africa during the AMMA field experiment in 2006. Ann. Geophys., 26, 2569-2595. .

Mangiarotti S., Mazzega P., Jarlan L., Mougin E., Baup F., Demarty J., 2008, Evolutionary bi-objective optimization of a semi-arid vegetation dynamics model with NDVI and so satellite data. Remote Sensing of Environment, 112, 1365–1380. .

Jarlan L., Mangiarotti S., Mougin E., Hiernaux P., Mazzega P., Le Dantec V., 2008, Assimilation of SPOT/VGT-NDVI data into a sahelian grassland model. Remote Sensing of Environment, 112, 1381-1394. .

Samain O., Kergoat L., Hiernaux P., Guichard F., Mougin E., Timouk F., Lavenu F.† , 2008, Analysis of the in-situ and MODIS albedo variability at multiple time scales in the Sahel. JGR Atmosphere, 113, D14119, doi:10.1029/2007JD009174.

2007

Ayantunde A.A., M. Kango, P. Hiernaux, H. M. J. Udo and R. Tabo, 2007. Herders’ perceptions on livestock breeds and breeding management in South-Western Niger. Human Ecology, 35: 139-149 .

Baup F., Mougin E., Hiernaux P., Lopes A., de Rosnay P., Chênerie I., 2007, Radar signatures of sahelian surfaces using ENVISAT ASAR data. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 45, n° 7, pp. 2354-2363. .

Baup F., Mougin E., de Rosnay P., Timouk F., Chênerie I., 2007, Surface soil moisture estimation over the AMMA Sahelian site in Mali using ENVISAT/ASAR data. Remote Sensing of Environment, vol. 109, 4, pp. 473-481. .

Boone, A. and de Rosnay, P., 2007, Toward the improved understanding of land-surface processes and coupling with the atmosphere over West Africa, iLEAPS Newsletter 3. .

Delon C., D. Serça, C. Boissard, R. Dupont, A. Dutot, P. Laville, P. de Rosnay, R. Delmas Soil NO emissions modelling using Artificial Neural Network Tellus B, ILEAPS Special Issue, Vol. 59 (3), p. 502. .

Flamant, C., Chaboureau, J.-P., Parker, D. J., Taylor, C. M., Cammas, J.-P., Bock, O., Timouk, F., Pelon, J.. Airborne observations of the impact of a convective system on the planetary boundary layer thermodynamics and aerosol distribution in the inter-tropical discontinuity region of the West African Monsoon. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Q. J. R. Meteorol. Soc. , 00, 1-16. (2007).

Philippon N., Jarlan L., N. Martiny, P. Camberlin, Mougin E., 2007, Characterization of the interannual and intraseasonal variability of West African vegetation between 1982-2002 by means of NOAA-AVHRR NDVI data. Journal of Climate, vol. 20, n° 7, pp. 1202–1218. . Taylor, C., L. Kergoat and P. de Rosnay : Land Surface Atmosphere Interactions during the AMMA SOP\x{201D}. Clivar Exchanges News Letter, AMMA special issue, No41, Vol 12 -2, April 2007.

Taylor, C., L. Kergoat and P. de Rosnay : Land Surface Atmosphere Interactions during the AMMA SOP\x{201D}. Clivar Exchanges News Letter, AMMA special issue, No41, Vol 12 -2, April 2007.

2006

Hiernaux P. et H.N. Le Houérou, 2006. Les parcours du Sahel. Sècheresse, 17(1-2) : 51-71. .

Jamnadass R., Mace E. S., Hiernaux P., Muchugi A., Hanson J., 2006. Population genetic responses of wild forage species to grazing along a rainfall gradient in the Sahel: A study combining phenotypic and molecular analyses. Euphytica, 151 (3): 431-445.

Rogel P., Tourre Y.M., Benoit V., Jarlan L., 2006, Tropical Atlantic moisture availability and precipitation over West Africa: Application to DEMETER hindcasts. Geophysical Research Letters, 33 (21): Art. No. L21711. .

Schlecht E., P. Hiernaux, I. Kadaouré, C. Hülsebusch and F. Mahler, 2006. A spatio-temporal analysis of forage availability and grazing and excretion behaviour of herded and free grazing cattle, sheep and goats in Western Niger. Agriculture, Ecosystems and Environment 113: 226-242. .

Tracol Y., Mougin E., Jarlan L., Hiernaux P., 2006, Testing a sahelian grassland functioning model against herbage mass measurements, Ecological modelling, n° 193, 437-446.

2005

Jarlan L., Tourre Y., Mougin E, Philippon N., Mazzega P., 2005, Dominant patterns of AVHRR NDVI interannual variability over the Sahel and linkages to key climate signals (1982-2002), Geophysical Research Letters, vol.32, L04701, doi:10.1029/2004GL021841. .

Sankaran M., N. P. Hanan, R. J. Scholes, J. Ratnam, D. J. Augustine, B. S. Cade, J. Gignoux, S. I. Higgins, X. Le Roux, F. Ludwig, J. Ardo, F. Banyikwa, A. Bronn, G. Bucini, K. K. Caylor, M. B. Coughenour, A. Diouf, W. Ekaya, C. J. Feral, E. C. February, P. G. H. Frost, P. Hiernaux, H. Hrabar, K. L. Metzger, H. H. T. Prins, S. Ringrose, W. Sea, Jörg Tews, J. Worden and N. Zambatis, 2005. Determinants of woody cover in African savannas. Nature 438/8: 846-849 .

Seghieri J., M. Simier, A. Mahamane, P. Hiernaux and S. Rambal, 2005. Adaptative above-ground biomass, stand density and leaf water potential to droughts and clearing in Guiera senegalensis, a dominant shrub in Sahelian fallows (Niger). Journal of Tropical Ecology, 21:203-213. .

Turner M.D., P. Hiernaux and E. Schlecht, 2005. The distribution of grazing pressure in relation to vegetation resources in semi-arid West-Africa: the role of herding. Ecosystems, 7: 1-14. .

Zine S., Jarlan L., Frison P.L., Mougin E., Hiernaux P., Rudant J.P., 2005, Land surface parameter monitoring with ERS scatterometer data over the Sahel: A comparison between agro-pastoral and pastoral areas. Remote Sensing of Environment, vol.96, 438-452.

2004

.Hérault B. & P. Hiernaux, 2004. Soil seed bank and vegetation dynamics in Sahelian fallows : the impact of past cropping and current grazing treatments. Journal of Tropical Ecology 20:1-9. .

Jarlan L., Mougin E, Mazzega P., Schoenauer M., Tracol Y., Hiernaux P., 2004, Using coarse remote sensing radar observations to control the trajectory of a simple sahelian land surface model, Remote Sens. Environment, vol. 94/2, 269-285. .

Powell M.J., Pearson R.A. and P. Hiernaux, 2004. Crop-livestock interactions in the West African drylands. Agronomy Journal, 96: 469-483. .

Schlecht E., P. Hiernaux, F. Achard, & M. Turner, 2004. Livestock related nutrient budgets within village territories in western Niger. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 68: 199-211 .

Seghieri J. and Laloë F., 2004, Characterization of the variability of the daily course of leaf water potential in the dominant shrub species within sahelian fallows in south-west Niger. Ecological Modeling, 173, 271-281.

2003

.Couteron P., Seghieri J., Chadoeuf J., 2003, A test for spatial relationships between neighbouring plants in plots of heterogeneous plant density. Journal of Vegetation Science, 14, 163-172.

Gandah M., J. Bouma, J. Brouwer, P. Hiernaux & N. van Duivenbooden, 2003. Strategies to optimize allocation of limited nutrient to sandy soils of the Sahel: a case study from Niger, West Africa. Agriculture, Ecosystem & Environment 94: 311-319.

Gandah M., J. Brouwer, P. Hiernaux & N. van Duivenbooden, 2003. Fertility management and landscape position: farmer’s use of nutrients sources in western Niger and possible improvements. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 67: 55-66.

.Jarlan L., Mazzega P., Mougin E., Lavenu F., Marty G., Frison P.L., Hiernaux P., 2003, Mapping of sahelian vegetation parameters from ERS scatterometer data with an evolution algorithm, Remote Sens. Environment, vol. 87, 72-84.

.Sangaré M., S. Fernández-Rivera, P. Hiernaux & V.S. Pandey. 2003. The effect of supplementation with fresh browse of Ziziphus mauritiana or Combretum aculeatum on feed intake, nitrogen utilization and growth of grazing range sheep. Tropical animal health and production 35, 465-476.

2002 .

Jarlan L., Mougin E., Frison P.L., Mazzega P., Hiernaux P., 2002a, Analysis of ERS wind scatterometer time series over Sahel (Mali). Remote Sens. Environ., vol. 81, n° 2-3, 404-415.

Jarlan L., Mazzega P., Mougin E., 2002b, Retrieval of land surface parameters in the Sahel from ERS Wind Scatterometer data: a brute force method. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 40, n°9, 2056-2062.

Sangaré M., S. Fernández-Rivera, P. Hiernaux & V.S. Pandey. 2002. Effect of groundnut cake and P on millet stover utilisation and nutrient excretion by sheep. Trop. Agric. 79, 1, 31-35.

Sangaré M., S., Fernández-Rivera, P. Hiernaux, A. Bationo & V.S. Pandey. 2002. Influence of dry season supplementation for cattle on soil fertility and millet (Pennisetum glaucum L.) yield in a mixed crop/livestock production system of the Sahel. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 62: 209-217.

Seghieri J. and M. Simier M., 2002. Variations in phenology of a residual invasive shrub species in sahelian fallow savannas, south-west Niger. Journal of Tropical Ecology, 18:897-912.

Le Sahel / Caractéristiques

La ceinture sahélienne s'étend au sud du Sahara, de l'Atlantique à la mer Rouge, sur environ 6000 km de long, pour seulement 400 à 600 km de large. Elle traverse 10 pays parmi les plus pauvres du monde et abrite 50 millions de personnes dont la majorité pratique une agriculture de subsistance. La croissance démographique est élevée, de l'ordre de 2 à 4% par an. Depuis 50 ans, les surfaces cultivées ont augmenté dans des proportions similaires dans la partie sud du Sahel, au détriment des surfaces naturelles vouées à l'élevage.

sahel

• Région sub-saharienne - Zone de transition entre 2 grands biomes (100 – 600 mm/an) - Contraste saisonnier : courte saison humide - Fluctuations climatiques importantes (mousson)		Le Sahel est affecté pendant les mois d'été par un système de mousson provenant de l'atlantique. Les précipitations sont centrées sur le mois d'août et durent de 2 mois dans le nord, jusqu'à 5 mois au sud. La saisonnalité de la mousson est très régulière mais la distribution spatiale et temporelle des précipitations est fortement irrégulière et imprévisible. En dehors des régions côtières, la longue saison sèche est caractérisée par de très faibles humidités atmosphériques accompagnées de températures élevées. De la fin des années 60 au milieu des années 90, le Sahel et l'Afrique de l'Ouest, en général, ont connu une période sèche, jamais observée auparavant, avec 2 grands épisodes de sécheresse extrême en 1972-73 et 1984-85. Le rôle joué par les surfaces continentales, en particulier par la végétation, dans ce phénomène reste une source d'interrogations majeures (e.g. Charney & Stone,1974). Le retour à des conditions pluviométriques proches de la normale demeure aussi inexpliqué et pose notamment la question de l'influence du changement des paramètres atmosphériques (CO 2 , rayonnement global, T°) sur cette tendance (e.g. Wang & Eltahir, 2002 ; Nemani et al. 2003).
		L'ensemble de la zone est soumis à un climat aride à semi-aride. Encadré par le domaine désertique saharien au nord et les savanes soudaniennes au sud, le Sahel est couramment défini par les isohyètes 100 et 600 mm/an (Le Houérou, 1989). Ces limites nord et sud sont connues pour avoir fluctué largement en latitude au cours des temps historiques en relation avec les changements climatiques à grande échelle (phases glaciaires et interglaciaires). Ainsi, l'extension du Sahara a coïncidé avec les phases glaciaires tandis que la remontée du Sahel vers le nord a correspondu aux phases interglaciaires.

• Végétation - 2 composantes majeures : strates herbacée et ligneuse - Avec des singularités qui la différencie des régions arides . Domination des herbacées annuelles (graminées C4) . Forte variabilité spatiale et temporelle		La végétation naturelle est principalement composée d'un couvert d'herbacées annuelles et d'arbres et d'arbustes clairsemés. Contrairement aux autres régions arides, les herbacées pérennes sont rares à l'exception des limites nord et sud où elles deviennent plus abondantes. Le stock semencier est éphémère avec seulement quelques espèces produisant des graines qui restent viables sur plusieurs années. Cela entraîne, d'une année sur l'autre, des changements souvent importants et spectaculaires dans la composition floristique de la strate herbacée. En dépit de cette forte variation interannuelle, la végétation naturelle apparaît pourtant remarquablement résiliente aux diverses perturbations comme les sécheresses. La végétation ligneuse, généralement de faible densité, est en compétition avec les annuelles pour l'eau et les nutriments, conduisant à un équilibre entre les deux strates. A l'opposé des autres régions arides, la compétition est rarement gagnée par les ligneux, en dehors du cas de la brousse tigrée. Le suivi de la dynamique ligneuse montre néanmoins que celle-ci est active bien que s'effectuant à une autre échelle de temps que celle des herbacées. Cette dynamique intègre des phases de mortalité importante à la suite de plusieurs années de sécheresse et aussi des phases occasionnelles de régénération. Les surfaces cultivées concernent principalement les céréales de base (mil) et quelques cultures de rente (arachide, niébé et coton).

Souvent défini comme une seule entité, le Sahel présente des situations très contrastées entre sa partie septentrionale (< 300 mm de précipitations par an) à vocation pastorale et sa partie sud (> 300 mm ) où la pression démographique entraîne d'importants changements dans le mode d'occupation et de gestion des terres (mise en cultures, diminution des jachères, surpâturage,.). De manière schématique, nous sommes donc en présence d'un système soumis à un forçage climatique prépondérant au Nord accompagné d'un impact anthropique faible, et au sud d'un milieu subissant à la fois un forçage climatique et anthropique en forte interaction. L'évolution à long terme de la zone pastorale demeure cependant étroitement liée à celle des régions situées plus au sud, constituant des pâturages de qualité pour les troupeaux des régions sud-sahéliennes et soudaniennes.

Approche

Pour tenter de répondre aux questions précédentes,

3 THEMES de RECHERCHE ont été identifiés :

• Thème 1:Variations interannuelles et Évolution à Long Terme davantage de détails...

• Thème 2:Fonctionnement des surfaces sahéliennes davantage de détails...

• Thème 3:Interactions surfaces – atmosphère davantage de details

Avec une APPROCHE MULTI-ECHELLE (local à méso)

• Mesures :
  - Instrumentation intensive (transects, gradients,…)
- Réseau de suivi à Long Terme

• Modèles :
  - Spécifiques
- Inter-comparaison de modèles (végétation/hydrologie)

• Satellites :
   - Observations multi-spectrales, multi-résolutions
   - Assimilation / Spatialisation

Echelles de travail et PERIODES d'OBSERVATION

Dans l'espace, on peut distinguer quatre échelles allant du sous-continent ouest-africain (échelle régionale incluant le proche océan) à l'échelle locale en passant par une échelle sous-régionale (fenêtre AMMA-CATCH) et la méso-échelle (3 sites). Le programme AMMA repose sur trois périodes d'observations complémentaires :

- La période d'observation à long terme ou LOP (2002-2010). Il s'agit ici de documenter et d'analyser les variations des champs climatiques, des conditions de surface et de végétation sur une grande période de temps et à 3 échelles spatiales : régionale, méso et locale.

- La période d'observations renforcées ou EOP (2004-2007) . Il s'agit de documenter le long d'un transect la variabilité saisonnière des conditions de surface et d'étudier ainsi un possible effet 'mémoire' en liaison avec les conditions continentales (stockage d'eau dans les sols et la végétation).

- La période d'observations spécifiques ou SOP (2006) . C'est la période des mesures intensives qui seront réalisées tout au long de la saison des pluies.

Activités de validation des produits satellites

1- Objectifs :	Les 3 thèmes identifiés utilisent des produits satellites qu’il est nécessaire d’évaluer et/ou de développer
2- Approche	- Développement d’une stratégie d ’échantillonnage au sol	- mise en place d'un réseau cohérent de mesures de profils d'humidité du sol, échelle locale
	- Approche multi-échelle (local à transect kilométrique)	- mesures spécifiques d'échelles kilométriques de l'humidité de surface (transects kilométriques), échelle : 1 km
		- utilisation de mesures satellites, d'échelle kilométrique (ENVISAT/ASAR) jusqu'à 50 km. (AMSR).
3- Produits :	‘Végétation’ (‘VALERI’, MODLAND)	Le site AMMA du Gourma malien est utilisé depuis 2000 comme site de validation des capteurs à large champ dans le cadre du projet VALERI. e site du Gourma est l'un des sites de validation du projet SMOS (accés à laproposition cal-val) Une méthodologie d'échantillonnage des paramètres de la végétation à l'échelle d'un pixel VEGETATION ( 1 km x 1 km ) a été mise au point et appliquée lors des différentes campagnes de mesures. Les paramètres suivants sont concernés : Productivité Primaire Nette (PPN), LAI, fCover et fAPAR. Ces validations s'appliquent aussi aux produits délivrés par le satellite MODIS (collaboration avec le l'équipe MODLAND). L'humidité du sol est une variable essentielle qui, en zone semi-aride, gouverne les processus de surface. L'objectif a été de mettre en place une stratégie de mesure de l'humidité du sol qui permettre d'appréhender la dynamique spatiale et temporelle de cette humidité de l'échelle locale à la méso-échelle. Par ailleurs, nous testons différentes méthodes d'échantillonnage de l'humidité de surface en vue de restituer une information spatialisée de ce paramètre pour la validation des algorithmes d'inversion à l'aide des données hyperfréquences actives et passives.
	‘Rayonnement’ (‘Land-SAF’)

	‘Humidité du sol’ (‘SMOS’, AMSR, ENVISAT)

Science et médias...

Dossiers

Chronique de la mousson africaine
Sciences au Sud - Le journal de l’IRD - n° 42 - novembre - décembre 2007 accès au dossier

Développement et Environnement
Sciences au Sud - Le journal de l’IRD - spécial Johannesbourg -2002 accès au dossier

Désert et désertification
Sciences au Sud - Le journal de l’IRD - n° 36 - septembre/octobre 2006 accès au dossier

Programme AMMA - Les pluies africaines au radar bande X
Sciences au Sud - Le journal de l’IRD - accès au dossier

Videos

Niger, un fleuve à la dérive

Science(s) sur ARTE en savoir davantage....

> accès aux extraits videos de l'émission " Paradis Perdus (4/5) "

Sans bien s'en rendre compte, le monde a sous les yeux depuis une trentaine d'années, l'exemple le plus édifiant des ravages que peut provoquer le réchauffement climatique. La sécheresse dans les pays du Sahel, en Afrique de l'Ouest, due à la raréfaction de la mousson africaine qui les irrigue chaque été, a durablement désorganisé la vie de ses habitants. Elle a modifié les paysages, rétréci considérablement les lacs, tari certaines années le fleuve Niger et craquelé les sols jadis fertiles de la région du delta intérieur au Mali.

Radio, Presse

Les chercheurs africains réunis sur le réchauffement climatique à Dakar

> accès à l'émission de RFI du mardi 8 janvier 2008 :

connexion RFI

lecture fichier mp3

Ou l'on aborde les effets induits du programme AMMA sur la communauté scientifique africaine ainsi que les perspectives de ce programme

• Réseaux de mesures au sol - Pluviographes (15) - Humidité du sol (8) - Stations météo (6) - Stations de flux (4) - Flux de sève (4) - Sites végétation (43)
• Réseaux de suivi LT - Système d’Observation CATCH - ZA GLOBALSAV - ROSELT - AERONET - IDAF - AFRIFLUX (EU) - GLOBALVIEW (EU)
•Suivi satellites HR/THR: SPOT, LANDSAT, ENVISAT BR: SPOT/VGT, AMSR, METEOSAT
Intégration dans les réseaux de mesures pour le suivi à long terme Le réseau de sites du Gourma malien est intégré depuis 2003 dans l'ORE 'CATCH' (Observatoire de la Variabilité Climatique Tropicale et de son impact Hydrologique en Afrique de l'Ouest) qui comprend deux autres sites de méso-échelle situés au Niger et au Bénin. Cet ORE à vocation purement hydrologique lors de sa création, intègre désormais une forte composante 'végétation' . L'ORE CATCH, (rattachement OSUG et OMP) est une composante du programme GEWEX (Global Energy and Water EXperiment). Deux autres ORE sont associés aux activités sur le Gourma malien : IDAF (mesures des dépôts atmosphériques) et PHOTON/AERONET (aérosols atmosphériques). ROSELT (Réseau d'Observatoires de Surveillance Ecologique à Long Terme) qui est un programme majeur de l'Observatoire du Sahara et du Sahel (OSS), ROSELT/OSS est un réseau de monitoring à long terme, c'est-à-dire sur plusieurs décennies : acquisition répétitive de données écologiques au sens large, couvrant tous les aspects de l'environnement des espaces ruraux. GlobalView-CO2 : base de données sur la mesure du CO2 atmosphérique. Par ailleurs, le Gourma fait partie de la zone atelier de recherches en environnement 'Savanes d'Afrique de l'Ouest' (ZASAO) coordonnée par le réseau 'GLOBALSAV'. La zone atelier concernée comprend une douzaine de sites de savanes localisées en Afrique de l'Ouest entre la Côte d'Ivoire et le Gourma malien.


	Objectifs du projet international AMMA : 1. Améliorer notre compréhension de la Mousson d’Afrique de l’Ouest 2. Évaluer l’impact de la mousson sur l’Environnement.
	Le programme international AMMA (' Analyse multidisciplinaire de la Mousson Africaine '), vise à étudier la mousson d'Afrique de l'Ouest dans toutes ses composantes. Il s'intéresse tout autant à son fonctionnement (en tant que système atmosphérique), qu'à ses effets sur l'environnement. A ce titre, il mobilise une communauté diversifiée de scientifiques travaillant sur la physique et la chimie de l'atmosphère, l'océan, la biosphère et l'hydrosphère. Les interactions entre ces milieux présentent des aspects multi-échelles et multi-processus très marqués et leur étude doit s'appuyer sur une stratégie d'observations multi-échelles, tant dans l'espace -du local au régional- que dans le temps.
	Responsabilités du CESBIO : - Membres des comités de coordination français et européen - Coordination des Etudes de Processus, Modélisation et Télédétection des Surfaces
		(voir sur le site d'AMMA international la description des instruments déployés sur le site du Gourma ainsi que les activités des différentes équipes .
Outre sa participation au comité de coordination du projet AMMA, et à différents groupes de travail (groupes 'satellites', modélisation, LOP, EOP), le CESBIO s'est fortement impliqué dans les observations à long terme (LOP) et les observations renforcées (EOP). En particulier, le CESBIO est responsable du site méso-échelle du Gourma et à ce titre assure la coordination entre les différentes équipes qui participent aux campagnes de mesures EOP et SOP

Volet climatique - Longue période sèche > 1970 - Impact du changement climatique - Impact anthropique (Charney)
Volet biosphère - Ecotone, Savane/Steppe à annuelles - Fragilité? Résilience? - Ressources naturelles
Volet humain - Front pionnier (agriculture, élevage) - Forte expansion démographique - Crises alimentaires…

3 volets : climatique, biosphere et humain.

> accès à l'émission de RFI du mardi 8 janvier 2008 :