Hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère

Hydrology in Mountainous Regions. I - Ifydrvlogical Measurements; the Water Cycle
(ftoceeaings of two Lausanne Symposia, August 1990). IAHS Publ. no. 193,1990.
Hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère des
Andes boliviennes
M.A. ROCHE
ORSTOM, PHICAB, C.P. 9214, La Paz, Bolivia
A. ALIAGA, J. CAMPOS, J. PENA
IHH-UMSA, C.P. 303, La Paz, Bolivia
J. CORTES & N. ROCHA
SENAMHI, Ed. La Urbana, La Paz, Bolivia
RESUME Du désert chilien, le plus aride du monde
(1 mm an"1 sur la côte), la traversée des Andes
vers l'Est conduit à des sites amazoniens dont
la pluviométrie est très élevée ( 6000 à 7000 mm
an"1). Il existe une tendance à une diminution
des précipitations en direction du Sud-Ouest. La
masse
d'air
humide
orientale,
d'origine
atlantique et amazonienne, envahit la Bolivie
durant l'été
( oscillation de la ZITC ) en
débordant fréquemment sur l'Altiplano jusqu'aux
sommets de la Cordillère Occidentale. Des masses
d'air froid, d'origine
polaire, remontent
jusqu'au nord de la Bolivie en créant des fronts
froids au contact de la masse d'air précédente.
Des conditions de stabilité extrêmement fortes
sont
engendrées
sur
la
côte
ouest par
l'anticyclone sud pacifique et le courant froid
de Humboldt. Outre l'influence de la dynamique
des masses d'air, l'orographie des Andes et les
vastes étendues d'eau et de sel ( Lac Titicaca,
Salar
d'Uyuni
) contribuent
à l'échelle
régionale et locale à déterminer 1 'hétérogénéité
des précipitations.
INTRODUCTION
Les Andes boliviennes, situées entre 10 et 20°S, sont un
domaine montagneux intertropical
soumis à une forte
hétérogénéité des précipitations. En un seul pays, depuis
la plaine orientale ( 200 m ), jusqu'aux hauts sommets
andins
( 6800 m )
et l'Altiplano ( 3600 à 4100 m ),
une variété de climats parmi la plus ample de la planète
régie la distribution des ressources renouvelables.
La carte en courbes isohyètes présentée ( fig.1 )
constitue le document actuel le plus détaillé existant pour
la région sur les précipitations moyennes pluriannuelles.
Elles provient d'un document offset couleur au 1/4 000 000
établi
sur
la
base
d'un
total
de 348
stations
pluviométriques . Les données les plus anciennes remontent
à 1945; l'année limite prise en considération étant 1984.
381
M. A. Roche et al.
382
FIG. 1 Carte des précipitations moyennes interannuelles (mm an"1) dans la région andine
bolivienne.
383
Hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère des Andes boliviennes
L'homogènefsation des données n'a pas été effectuée. Malgré
les critiques qui peuvent être portées à cet aspect
méthodologique, on se rend compte que les gradients spatiaux
accentués l'emportent largement sur l'hétérogénéité des
séries d'observation. Le détail du tracé des courbes a tenu
compte de la carte topographique et d'une carte écologique
existantes.
La similitude des hyétogrammes mensuels interannuels sur
toute la région montre l'appartenance à un même régime
pluviométrique.
Ces travaux ont été menés dans le cadre du Programme
Hydrologique et Cl imatologique de la Bolivie -PHICAB( Roche & Canedo, 1984 ), selon des accords de coopération
entre les Organismes sus-mentionnés.
DISTRIBUTION SPATIALE ET SAISONNIERE DES PRECIPITATIONS
A partir de sites amazoniens du piémont des Andes
remarquablement
arrosés ( 6000 à 7000 mm an-1 ), la
traversée de la cordillère sur 400 km conduit au désert
chilien
et
péruvien, le
moins
pluvieux du monde
( 1 mm an-1 ) sur la côte de l'Océan Pacifique.
Dans la plaine amazonienne adjacente aux Andes, les
valeurs croissent depuis 600 mm au Sud jusqu'à 2000 mm au
Nord ,selon des isohyètes en forme de gouttière. La pluie
augmente ainsi en direction des Andes où sont observés les
maximums du pays, peu avant ou sur les premiers reliefs.
Dans la Cordillère Orientale même, se rencontre des zones
isolées à pluie inférieure à 500 mm. C'est le cas général
dans le sud de la chai ne où des minimums de 300 mm sont
identifiés. Le vaste plateau de l'Altiplano reçoit des
précipitations supérieures à 500 mm au nord de la latitude
de La Paz, avec un maximum de 1200 mm sur le Lac Titicaca.
Ainsi, les pluies décroissent depuis le centre du lac
jusqu'au Salar d'Uyuni. Les cimes de la Cordillère
Occidentale correspondent à un léger accroissement des
précipitations jusqu'à des valeurs de 300 à 500 mm. Les
hauteurs
de
pluie
deviennent
ensuite
rapidement
décroissantes sur le versant pacifique, avec des valeurs
inférieures à 1 mm en bordure de mer.
La Bolivie peut être divisée en trois grands bassins
versants qui s'étendent totalement ou en partie sur les
Andes, et aussi partiellement dans les pays limitrophes
( Roche & Fernandez, 1988, Bourges, 1989, Guyot et al.. in
press ). Le tableau 1 indique la précipitation interannuelle
évaluée pour chaque sous-bassin andin. Les valeurs varient
de 200 à 3000 mm, iIllustrant ainsi les fortes différences
pouvant exister entre zones voisines.
La saison des pluie est centrée sur l'été avec un
maximum en janvier, secondairement en février. La saison
sèche est en hiver, avec un minimum de mai à juillet.
L'année hydrologique est considérée commencer le 1er
octobre. Un total de 60 à 75* tombe durant les quatre mois
les plus pluvieux et 0 à 15S» durant les quatre mois les plus
384
M. A. Roche et al.
secs, la période sèche étant d'autant plus sévère que le
total annuel est faible.
TABLEAU 1 Précipitations moyennes interannuslles sur les
grands bassins versants andins de Bolivie.
Superficie (km2)
Amazonie
Madré de Dios (Andes+plaine)
Béni
Grande
Bassins orientaux Mamoré
Parapeti
Altipiano
Titicaca
Desaguadero
Poopo.
Coipasa
Uyuni
Rio de La Plata
PiIcomayo
Grande y Bermejo
Pluie (mm)
125
73
59
28
14
000
670
480
870
750
2 380
1 720
750
2 990
950
56
29
27
30
46
740
480
740
170
625
680
410
370
240
200
81 320
16 050
480
1 070
LES PRECIPITATIONS ET LA DYNAMIQUE DES MASSES D'AIR
La distribution des pluies s'explique par la dynamique des
principales masses d'air actives sur cette partie de
l'Amérique du Sud, et par le rôle orographique des Andes,
aussi bien à l'échelle du continent qu'à celle de la vallée.
Les masses d'air atlantique et amazonienne
Le bassin amazonien est généralement le siège de basses
pressions par rapport aux anticyclones sud pacifique et
atlantique. La dynamique de l'ensemble est réglée pour une
part essentielle par l'inclinaison apparente du soleil qui
détermine
l'oscillation
saisonnière
de
la
Zone
Intertropicale de Convergence ( ZITC ) et des anticyclones
précités.
Pendant l'hiver austral, la ZITC atteint les Antilles
et les anticyclones tropicaux sud rejoignent leurs latitudes
les plus septentrionales, voisines du bassin amazonien de
Bolivie. C'est la saison sèche, caractérisée par une
mei1leure stabi1ité de l'ai r et une moindre disponibi1ité de
vapeur d'eau.
385
Hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère des Andes boliviennes
Pendant l'été austral, la ZITC oscille sur l'Amazonie
bolivienne où sa remarquable inflexion vers le Sud étend
largement les basses pressions tropicales. C'est alors la
saison des pluies qui détermine finalement la distribution
spatiale des précipitations, compte tenu de l'importance
relative de la lame précipitée durant cette période.
L'alizé de secteur nord-est dévie le long des Andes
selon une inflexion nord-nord-ouest. Il apporte sur la
Bolivie l'essentiel de la vapeur précipitable originaire de
l'Atlantique, mais qui s'est en fait amplement recyclée à
partir de l'évapotranspiration de la forêt et des vastes
zones inondées, lesquelles seulement dans la plaine
bolivienne couvrent de l'ordre de 100 000 km2 en fin de
saison des pluies. L'alizé de secteur sud-est contribue à
l'apport d'humidité directement depuis l'Est et le Sud-Est.
La convection diurne, dans la plaine, et encore plus dans
les Andes, est
responsable
d'une grande part des
précipitations. Elle correspond alors essentiellement au
recyclage de la vapeur d'eau.
Les masses d'air polaire
Ce système est perturbé fréquemment par l'intrusion, dans la
plaine adjacente aux Andes, d'air plus froid et sec venu du
Sud ( Surazo ) , avec la formation d'un front froid au
contact des masses d'air humides et généralement plus
chaudes qui occupent la région. La progression des masses
d'air froid a été expliquée par Leroux (1987) selon le
mécanisme d'anticyclones mobiles peu épais qui se détachent
de l'anticyclone antartique et progressent jusqu'aux basses
latitudes en écartant les autres masses d'air. La
distribution des pluies dans la plaine, selon une inflexion
des isohyètes en gouttière
allant de pair avec un fort
accroissement des valeurs du Sud ( 600 mm ) au Nord ( 2 000
mm ), dénote l'interférence des deux masses d'air. L'air sec
en provenance du Sud se trouve canalisé par la dépression
topographique ( 500 à 150 m ) située entre les Andes et le
Bouclier
brésilien
( 1500 m ).
L'abaissement
des
températures accompagnant les fronts froids peut atteindre
10°C
d'un jour à l'autre, et les chutes de pluies sont
notables, pour les plus fortes intrusions d'hiver, au-delà
de 10° de latitude Sud dans la plaine et le sud des Andes
boliviennes ( Ronchail, 1988). Ces masses d'air froid
traversent fréquemment les Andes du sud du Chili, en y
abandonnant leur humidité, puis suivent la bordure orientale
de la cordillère.
Oscillations de la
ZITC
et des alizés associés,
perturbations du système par les fronts froids provoqués
par l'intrusion d'air polaire, sont les grands mécanismes
qui intéressent le sud des Andes et tout le piémont oriental
de la cordillère. L'Altiplano ne serait pas concerné par ces
masses d'air froid ( Ronchail, 1988 ). L'épaisseur du flux
amazonien, selon l'importance des basses pressions, la
convection produite dans la plaine et sur le versant est ,
M. A. Roche et al.
386
et le soulèvement éventuel par l'air méridional, détermine
son débordement par dessus les lignes de crêtes.
La masse d'air pacifique
A l'opposé, le versant occidental des Andes est soumis à ces
latitudes à des conditions de stabilité atmosphérique de
plus en plus fortes, depuis la crête qui le sépare de
l'Altiplano jusqu'à la côte. Ces conditions sont engendrées
par la présence permanente de l'anticyclone sud pacifique et
par le courant froid de Humboldt qui lui est associé. Bien
que l'humidité atmosphérique dans les 1000 premiers mètres
soit très élevée, une subsidence permanente de l'air, et une
inversion dans la stratification thermique de la troposphère
aux alentours de 1300 m, empêchent l'ascension de l'air
humide et les précipitations. En hiver, une couche de
stratocumulus, peu épaisse ( 200 à 300 m ), s'établit audessus de cette inversion, accompagnée de brouillard la nuit
et tôt le matin. En hiver, elle disparaît fréquemment
l'après-midi et s'avère souvent inexistante en été. Les
isohyètes sur ce versant suivent les courbes topographiques.
Si l'on peut concevoir, comme cela est signalé au Pérou, une
ascension diurne de la vapeur du Pacifique le long des
versants à l'occasion du réchauffement du sol, il n'apparaît
pas cependant dans le paysage chilien d'effets marqués de ce
phénomène.
La barrière de la Cordillère Occidentale constitue ainsi
la limite de l'antagonisme des influences atmosphériques de
secteurs atlantique et pacifique. Cependant, le régime des
précipitations, estivales au-dessus de l'isohyète 10 mm,
soit sensiblement au-dessus de 1200 m, et une pluviométrie
croissante jusqu'à la crête ( 200 à 500 mm ) en continuation
des précipitations de l'Altiplano, indique un débordement
des alizés orientaux sur ce versant. Ceux-ci subissent alors
une subsidence forcée qui fait décroître rapidement les
pluies vers l'Ouest. Sur la côte même, les rares pluies
observées se produisent généralement
en hiver. Dans
l'extrême sud de la zone considérée ( au-delà de 22°S),
l'incursion accidentelle des Westerlies en hiver peut
occasionner des pluies sur le versant occidental de la
cordillère, comme cela est fréquent à partir de 27°S.
LE ROLE DE L'OROGRAPHIE DES ANDES
Les facteurs orographiques jouent pleinement. La déviation
des alizés en provenance d'Amazonie par la barrière des
Andes orientales dont les sommets s'échelonnent de 4500 à
6500 m, jusqu'à une direction nord-nord-ouest, présente une
ampleur régionale. Les masses d'air humide, coincées
fréquemment entre l'air méridional plus sec et le massif
andin, viennent balayer en long ce versant oriental où elles
abandonnent préférentiellement leur humidité. Les maximums
de 5000 à 7000 mm sont observés, dans le Chaparé à l'est de
387
Hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère des Andes boliviennes
Cochabamba et dans le bassin du Madré de Dios au Pérou, pour
des altitudes basses en regard de celles de la chaine. En
effet, le premier maximum signalé se produit entre 400 et
800 m d'altitude
alors qu'aucun relief marqué n'est
apparant; 1' epicentre du second est repéré à 620 m. Il est
à noter que des zones de fortes pluies, de 2000 à plus de
4000 mm, existent ainsi tout au long des Andes, depuis la
Colombie jusqu'à la Bolivie, pour des altitudes très basses
comprises
entre
150 et 700 m.
Ces sites boliviens
correspondent à l'accentuation du gradient négatif de
température ( 1,50 m du sol ), de la plaine vers la
montagne. Cependant, la variation reste faible, les
isothermes
évoluant de 23 à 21°C à 1'epicentre. Dans
le sud de la Bolivie, la carte fait également apparaître des
zones de précipitations maximums de 1500 à 2200 mm sur les
premiers reliefs orientaux, à des altitudes de 400 à 900 m.
On remarque que les précipitations se produisent dans
des "baies" de relief, parties concaves vers la plaine de la
limite des Andes, alors que les parties convexes reçoivent
des précipitations moindres. La disposition concave
favoriserait la convection à l'abri du vent.
Certaines extrémités de vallées ouvertes au vent de la
plaine, notamment au nord-est de La Paz, reçoivent également
à des altitudes bien supérieures aux précédentes (3000 m ) ,
de fortes précipitations, de l'ordre de 2000 à 4000 mm. Le
profil longitudinal de ces vallées, qui se termine souvent
en amont par une véritable falaise ( exemple d' une
dénivelée de 3500 m sur 35 km ) force en bout de course les
masses d'air à une rapide ascension.
Ainsi n'existe-il pas dans les Andes de relation
générale entre précipitation et altitude. Après les zones de
piémont, la pluviométrie tend généralement à décroître. Le
blocage fréquent de l'air oriental par la cordillère met à
l'abri de vastes zones à l'intérieur des Andes, les nuages
plafonnant à l'Est en dessous de la ligne de crête. C'est le
cas de l'Altiplano mais aussi de toute la moitié sud des
Andes boliviennes où s'enfoncent de vastes
vallées
et
zones
déprimées
d'origine
techtonique ( exemple des
vallées de Cochabamba ). Ces dépressions topographiques
provoquent une subsidence de l'air oriental qui arrive
latéralement après avoir perdu une grande partie de son
humidité sur le flanc est du massif. Ces zones semi-arides
( 600 à 400 mm ) se développent encore plus vers le Sud où
1'humidité originelle de 1'air atteignant les Andes est plus
faible qu'au Nord, et l'influence pacifique plus intense.
Les vallées de Cochabamba, du Rio Grande et Pilcomayo, du
Rio La Paz et de Luribay sont ainsi nettement semi-arides.
LE ROLE DES ETENDUES D'EAU ET DE SEL
L'influence des grandes masses d'eau et surfaces de sel
apparaît également sur la carte pluviométrique. Dans le nord
de l'Altiplano, l'effet du Lac Titicaca ( 8600 km2 ) se
traduit par une forte augmentation concentrique des pluies,
M. A. Roche et al.
388
les valeurs décroissant de 1200 mm en son centre à 700 mm
à quelques dizaines de kilomètres de ses rives. 1' influence
sous le vent, est plus étendue.
Le Lac Poopo, de superficie plus réduite (3600 km2) et
fluctuante, n'induit
qu'une
légère augmentation des
pluies ( 400 mm ).
Par contre, il apparaît que les vastes étendues de sel
des Salars d'Uyuni ( 9100 km2 ) et de Coipasa ( 2000 km2 ),
correspondent à une diminution des pluies qui n'y dépassent
pas 200 mm. La même constatation est faite pour le Salar
d'Atacama
au Chili ( 25 mm ). Les bilans d'énergie et
1'evaporation des lacs sont très différents de ceux des
salars. Le Lac Titicaca permet une importante convection et
recyclage de la vapeur d'eau.
CONCLUSION
L'hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère des
Andes est due à la rencontre en cette région de grandes
masses d'air dont la dynamique régie les échanges
atmosphériques méridiens et latitudinaux de l'hémisphère
sud. Cependant les variations spatiales sont encore
accentuées par les effets du relief et des vastes étendues
d'eau et de sel constituées par le Lac Titicaca et les
Salars. Les Andes, par leur orographie exceptionnelle,
contribuent à provoquer des précipitations extrêmes, soit
maximums ,soit minimums, selon les zones. La chaine
montagneuse met fin à l'influence pluviogène des masses
d'air tropical humide d'origine atlantique et amazonienne.
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