Pluviométrie

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Pluviométrie mondiale mensuelle

La pluviométrie est l'étude des précipitations, de leur nature (pluie, neige, grésil, brouillard) et distribution, et des techniques utilisées pour leur mesure1. Plusieurs instruments sont utilisés à cette fin, dont le pluviomètre/pluviographe est le plus connu. La mesure peut s'effectuer sous diverses unités, selon que le type de précipitations soit solide ou liquide, mais elle est ramenée en millimètre d'équivalence en eau par mètre carré de surface pour fin de comparaison.

La pluviométrie, avec la répartition de la température terrestre, conditionne les climats terrestres, la nature et le fonctionnement des écosystèmes ainsi que leur productivité primaire. Elle est l'un des facteurs conditionnant le développement des sociétés humaines et un enjeu géopolitique.

Sommaire

Histoiremodifier

Les premières mesures des quantités de pluie connues furent faites par les Grecs vers 500 av. J.-C. Cent ans plus tard, en Inde, la population utilisait des bols pour recueillir l’eau de pluie et en mesurer la quantité2. Dans les deux cas, la mesure de ces quantités d'eau de pluie aidait à estimer le rendement futur des cultures.

Dans l’ouvrage Arthashâstra utilisé dans le royaume de Magadha, des normes furent établies pour la production céréalière et chaque grenier de l’État possédait un tel pluviomètre aux fins de taxation3. En Palestine, à partir du IIe siècle av. J.-C., des écrits religieux mentionnent la mesure des pluies pour des besoins agricoles2.

En 1441 en Corée, le premier pluviomètre standard en bronze, appelé « Cheugugi », fut développé par le scientifique Jang Yeong-sil pour usage à travers un réseau couvrant tout le pays2,4. En 1639, l'Italien Benedetto Castelli, disciple de Galilée, effectua les premières mesures de précipitations en Europe pour connaître l’apport en eau d’un épisode pluvieux pour le lac Trasimène. Il avait étalonné un récipient en verre cylindrique grâce à une quantité d’eau connue et repéré le niveau correspondant sur le cylindre. Il avait ensuite exposé le récipient à la pluie et marqué toutes les heures, par un repère, le niveau atteint par l’eau. En 1662, l’Anglais Christopher Wren mit au point le premier pluviomètre à augets, ou pluviographe, qu’il associa l’année suivante à un météographe, un appareil qui enregistre plusieurs paramètres météorologiques telles que la température de l’air, la direction du vent et les précipitations. Son pluviomètre était constitué d’un entonnoir récepteur et de trois compartiments qui récupéraient chaque heure à tour de rôle les précipitations2,5. En 1670, l'Anglais Robert Hooke utilisa aussi un pluviomètre à augets2. En 1863, George James Symons fut nommé au conseil de la British meteorological society, où il occupa le reste de sa vie à mesurer les précipitations pluvieuses sur les îles Britanniques. Il mit en place un réseau de volontaires qui lui transmettaient des mesures. Symons prit également note de différentes informations historiques sur les précipitations pluvieuses dans les îles. En 1870, il publia un compte rendu qui remonte jusqu'à 17256.

Avec le développement de la météorologie, la prise de mesures des différents paramètres de l’atmosphère terrestre se répand. Les pluviomètres se perfectionnent mais les principes de base demeurent les mêmes. En France, l’association météorologique créée par Urbain Le Verrier diffusa le pluviomètre « Association »2. De nouveaux instruments se développent au XXe siècle dont les radars, qui couvrent de large régions, et les satellites qui permettent d'observer la surface terrestre entière au lieu de points précis7,8. L'amélioration de leurs capteurs permettent maintenant de mieux voir les variations fines de pluviométrie sans enlever l'importance des mesures in situ.

Origine et variabilité des précipitationsmodifier

Distribution mondiale des précipitations annuelles 9
  •      0-300 mm
  •      300-500 mm
  •      500-700 mm
  •      700-1000 mm
  •      1000-2100 mm
  •      2100-4200 mm
  •      4200-6301 mm
  •      6301-8401 mm
  •      8401-10501 mm
  •      n/a

Le système climatique de la Terre est essentiellement dirigé par deux éléments: l’atmosphère et l’océan10. Ces deux masses règnent sur l’ensemble du système climatique mondial, généré par l'échange important d’énergie entre celles-ci. L’énergie directement reçue du Soleil, sous forme d'ondes courtes, est captée en plus grande partie dans les zones intertropicales car c'est là que l'intensité des rayons solaires est la plus importante et la plus régulière à cause de l'axe de rotation de la Terre qui donne un ensoleillement presque perpendiculaire à l'équateur et rasant aux pôles11. Finalement, le rayonnement est captée par les mers et les continents selon l'albédo de leur surface et la végétation qui couvre les continents10,11. Ainsi la banquise renvoie par réflexion vers l’espace une grande quantité d’énergie alors que la mer l'absorbe de façon importante11.

La circulation atmosphérique induite par ces échanges thermiques varie dans le détail d'un jour à l'autre mais le déplacement général des masses d'air est relativement constant et dépend de la latitude. On distingue trois zones de circulation des vents entre l'équateur et les Pôles. La première zone est celle de Hadley qui se situe entre l'équateur et 30 degrés N et S où l'on retrouve des vents réguliers soufflant du nord-est dans l'hémisphère nord et du sud-est dans celui du sud : les alizés. Elle est associée au nord à des anticyclones semi-permanents où le beau temps règne mais aussi les déserts à faible pluviosité. À l'inverse, près de l'équateur, se trouve la zone de convergence intertropicale donnant des pluies abondantes12,13.

La seconde zone de circulation des vents se situe aux latitudes moyennes. Les dépressions s'y développent un peu partout selon une prédictibilité parfois proche de la théorie du chaos, mais l'ensemble moyen du patron atmosphérique est stable et dépend de l'équilibre entre la répartition de la pression atmosphérique et la force de Coriolis due à la rotation. Ces systèmes se déplacent sous une circulation d'altitude généralement d'ouest, c'est la cellule de Ferrel. Ils donnent des précipitations de types variés qui alternent avec du temps dégagé14. Vient finalement, la cellule polaire, qui se retrouve au nord et au sud du 60e parallèle avec une circulation de surface généralement d'est. L'air y est froid et relativement sec, et les dépressions qui l'affectent donnent donc peu d'accumulations, ces dernières se matérialisant une bonne partie de l'année sous forme de neige14.

Schéma de l'apparition d'une ombre pluviométrique.

Cependant, la relief a aussi un impact majeur sur les quantités de précipitations reçues, dû aux effets de rehaussement si le flux d'air remonte la pente ou au contraire les diminue en aval des obstacles. Il y a ainsi beaucoup de pluie sur la côte ouest des Amériques, avec la circulation venant de l'océan Pacifique, et des déserts intérieurs en aval des massifs, comme le désert du Taklamakan en aval de l'Himalaya (voir ombre pluviométrique15).

Les précipitations sont aussi organisées de différentes façons : en larges zones, en bande de précipitations ou isolées. Cela dépend de la stabilité de la masse d'air, des mouvements verticaux dans celle-ci et des effets locaux. Ainsi, à l'avant d'un front chaud, les précipitations seront surtout stratiformes et couvriront plusieurs centaines de kilomètres de largeur et de profondeur. Par contre, devant un front froid ou dans un cyclone tropical, les précipitations formeront de minces bandes qui peuvent s'étirer latéralement sur de grandes distances. Finalement, une averse donnera des précipitations sur quelques kilomètres carrés à la fois.

Effets sur le vivantmodifier

La carte des climats de Köppen-Geiger de l’University of East Anglia et le Deutscher Wetterdienst pour la période 1951 à 2000.

La classification des climats est fondée sur les précipitations et les températures. La plus connue est la classification de Köppen qui divise la Terre en cinq climats principaux : tropical (A), sec (B), doux de latitude moyenne (C), froid de latitude moyenne (D) et polaire (E)16. Chacun de ces climats est ensuite divisé en sous climat selon la pluviosité. À remarquer, la grande ressemblance entre l'image de droite avec celle de la pluviométrie annuelle dans la section précédente.

Ces paramètres climatiques détermine le type de végétation dans une zone, la faune qui l'habitera, ainsi que la densité des populations. Comme le mode de vie humaine dépend de l'écosystème et de la disponibilité d'eau, il peut également en grande partie être classé selon la pluviométrie. Par exemple, l'agriculture n'est possible qu'avec une apport régulier d'eau provenant directement des précipitations ou par les cours d'eau, eux-mêmes alimentés par les précipitations. D'un autre côté, un climat sec incitera les populations aux nomadismes pour suivre les ressources disponibles de la faune et de la flore, ou pour alimenter leurs troupeaux.

Les excès de pluviométrie ont aussi des conséquences importantes. La pluie torrentielle sous orage ou celle avec un cyclone tropical peut donner des inondations importantes, des glissements de terrain ou des coulées de boue qui submergent les infrastructures conçues pour des événements normaux. Nombres de pertes de vie leur sont attribuées.

Modification anthropique de la pluviométriemodifier

Circulation locale engendrée par l'îlot urbain

La qualité de l'air peut quantitativement influer la formation des pluies de plusieurs manières :

  • Là où le taux de végétation est faible et le taux d'imperméabilisation/construction élevé, les îlots de chaleur urbains et la composition de l'air urbain modifient fortement les composantes thermohygrométriques des microclimats urbains et périurbains. Ils modifient aussi la cinétique des masses d'air, d'aérosols (poussières, pollens, polluants) et de l'humidité au-dessus des grandes métropoles urbaines et/ou industrielles.
  • À échelle plus globale, les aérosols naturels ou de sources humaines, ainsi que les pluies acides produites par l'échappement des moteurs de navires et de véhicules terrestres et d'autres sources humaines (chauffage, incinération, crémation, trainées d'avion...) forment des formes noyaux de condensation de gouttelettes d'eau et participent à la formation de nuages artificiels, modifiant la quantité, la répartition et la qualité des pluies.

Ainsi, aux États-Unis un « effet "week-end" » est notable. La probabilité d'une augmentation de pluviométrie culmine le samedi, après cinq jours d'accumulation de polluants de l'air en semaine, notamment dans les zones les plus densément peuplées et situées près de la côte est où il y a actuellement une augmentation de 22 % de la probabilité qu'il pleuve le samedi par rapport au lundi17.

De plus, les bulles de chaleur se forment dans et au-dessus des villes, mais aussi (+ 0,6 C à + 5,6 C) au-dessus des banlieues et des zones rurales. Cette chaleur supplémentaire modifie les ascendances, pouvant contribuer aux composantes orageuses de la météo. Le taux de précipitations en amont des villes (par rapport à la direction du vent) a augmenté de 48 % à 116 %. En partie à cause de ce réchauffement, les précipitations mensuelles moyennes sont environ 28 % plus élevées dans une distance comprise entre 32 e 64 km en aval de la ville (aval par rapport à la direction du vent)18.

Certaines villes induisent une augmentation des précipitations totale estimée à 51 %19. Ce phénomène pourrait fortement augmenter en Asie (à cause de la croissance conjointe des villes, de l'automobile et de l'usage du charbon).

Instrumentationmodifier

La pluviométrie étudie donc la variation annuelle et journalière des quantités et des types de précipitations pour classifier le climat des régions. Elle étudient également la période de retour des événements exceptionnels comme les sécheresses et les pluies torrentielles causant des inondations. Divers instruments sont utilisés pour cela.

Pluviomètremodifier

Le pluviomètre, l'un des outils de base de la pluviométrie.
Article détaillé : Pluviomètre.

Le pluviomètre est un instrument de mesure qui sert trouver la quantité de pluie tombée sur une région. Son utilisation présuppose que l'eau des précipitations est uniformément répartie sur la région et qu'elle n'est pas sujette à évaporation. La mesure s'exprime généralement en millimètres ou en litres par mètre carré20, ou en mètres cubes par hectare pour l'agriculture. Il est constitué de deux parties importantes2 :

  • un collecteur en forme de d’entonnoir le plus large possible, afin de représenter une surface importante de collecte ;
  • un contenant étalonné ou mécanisme qui reçoit cette eau.

Le collecteur doit être placé à une hauteur suffisante, généralement un mètre du sol, et à une distance de plusieurs mètres d’autres objets afin qu’on n’y retrouve pas d’eau provenant du rebond sur le sol ou ces objets. Les bords du collet du pluviomètre doivent être biseautés sur l’extérieur pour limiter l’incertitude provenant de gouttes ruisselant de l’extérieur du cône de collecte.

Nivomètre/Table à neigemodifier

Articles détaillés : Nivomètre et Table à neige.

Le nivomètre ressemble à un pluviomètre mais en beaucoup plus gros. Il se compose d'un entonnoir (cloche) ouvert vers le haut et d'un cylindre désolidarisable à l'intérieur. La forme de la cloche permet de réduire la turbulence au-dessus de l'appareil pour mieux recueillir la neige dans le cylindre. Il repose sur un pied dont la hauteur peut être ajustée au cours de l'hiver, à mesure que la neige au sol augmente21. L'opérateur retire le cylindre après une chute de neige et la fait fondre pour mesurer la hauteur d'eau qu'elle contient. La mesure peut aussi s'effectuer en temps réel alors qu'élément chauffant fond la neige et que la variation du poids donne la quantité d'équivalent en eau tombé21.

La table à neige est une sorte de table peinte en blanc, mesurant généralement 930 cm2, qui est placée normalement au sol où au-dessus de la couche nivale antérieure22,23. L'endroit idéal pour mettre une table à neige est sur un grand espace plat, loin des bâtisses et des arbres où le vent a peu d'emprise pour former des congères. La plupart des planches à neige sont encore traditionnelles avec une simple règle verticale en leur centre permettant de mesurer l'épaisseur de neige22. Certains complètent le système de mesure de hauteur de neige par une webcam pour une lecture analogique à distance, en temps réel ou mis à jour de manière variable.

Radar météorologiquemodifier

Article détaillé : Radar météorologique.
Cumul de 24 heures de la pluie selon le radar de Val-d'Irène dans l'est du Québec (Canada). Remarquez les cônes sans données vers l'est et le sud-ouest causés par le blocage du faisceau par les montagnes (Source: Environnement Canada)

Une des utilités principales des radars météorologiques est de pouvoir détecter à distance les précipitations pour des usages hydrométriques. Par exemple, les services de contrôle du débit des rivières, d’avertissement d’inondations, de planification de travaux de barrage, etc. ont tous besoin de savoir les quantités de pluie et neige qui tombent sur de larges domaines. Le radar complète idéalement un réseau de pluviomètres en étendant la prise de données sur une grande superficie, le réseau servant à son étalonnage.

Certains artéfacts peuvent cependant se mêler aux véritables données dans le retour au radar. Pour avoir une estimation plus exacte des accumulations, il faudra les filtrer avant de produire ces cartes d'accumulations24.

Satellite météorologiquemodifier

Article détaillé : Satellite météorologique.

Les satellites météorologiques sont de radiomètres pour relever la température de l’atmosphère et des hydrométéores qui s’y trouvent. Ils opèrent dans le spectre infrarouge. Les premiers instruments ne « regardaient » que quelques longueurs d’onde alors que les nouvelles générations divisent ce spectre en plus de 10 canaux. Certains sont également équipés de radars pour mesurer le taux de précipitations8.

Records de pluviométrie dans le mondemodifier

Records pluviométriques par périodes 25,26 27
Durée Localité Date Hauteur (mm)
1 minute Barot, Guadeloupe 28 28/11/1970 38
30 minutes Sikeshugou, Hebei, Chine 27 3 juillet 1974 280
1 heure Holt, Missouri, États-Unis25 22 juin 1947 305 en 42 minutes
2 Heures Yujiawanzi, Chine 27 19/07/1975 489
4,5 Heures Smethport, Pennsylvanie 27 18/07/1942 782
12 Heures Foc-foc, La Réunion25 le 08/01/1966 (cyclone Denise) 1 144
24 Heures Foc-foc, La Réunion25 du 07 au 08/01/1966 (cyclone Denise) 1 825
48 Heures Aurère, La Réunion25 du 08 au 09/04/1958 2 467
3 jours Commerson, La Réunion 27 du 24 au 26/02/2007 Cyclone Gamède 3 929
4 jours Commerson, La Réunion27 du 24 au 27/02/2007 Cyclone Gamède 4 869
8 jours Commerson, La Réunion27 du 20 au 27/02/2007 Cyclone Gamède 5 510
10 jours Commerson, La Réunion26 du 18 au 27/01/1980 Cyclone Hyacinthe 5 678
15 jours Commerson, La Réunion26 du 14 au 28/01/1980 Cyclone Hyacinthe 6 083
1 mois Cherrapunji, Inde25 Juillet 1861 9 296,4
1 an Cherrapunji, Inde25 Août 1860 à août 1861 26 466,8
2 ans Cherrapunji, Inde25 1860 et 1861 40 768
moyenne annuelle Mawsynram, Inde25 moyenne annuelle 11 872

Sécheressemodifier

D'un coté, la plus faible pluviométrie au monde est rapportée à Arica (Chili) où il n'est pas tombé une goutte durant 173 mois d'octobre 1903 à janvier 1918. Par continent, les endroits les plus secs par accumulation annuelle sont25 :

  • Afrique : Wadi Halfa, Soudan, moins de 2,54 mm ;
  • Antarctique : Station Amundsen-Scott, 2 mm (estimée avec l'équivalent en eau de la neige tombée) ;
  • Asie : Aden, Yémen, 5,7 mm ;
  • Australie : Troudaninna, Australie-Méridionale, 104,9 mm (4.13 pouces), années 1893-1936 (coordonnées : 29° 11' 44" S, 138° 59' 28" E, altitude : 46 m)29 ;
  • Amérique du Nord : Batagues, Mexique, 30,5 mm ;
  • Amérique du Sud : Arica, Chili, 0,76 mm ;
  • Europe : Astrakhan, Russie, 162,6 mm ;
  • Océanie : Observatoires du Mauna Kea, Hawaï, 188 mm.

Plus de 7 000 mm annuellementmodifier

Par ailleurs, plusieurs sites dans le monde ont des précipitations annuelles supérieures à 7 000 mm :

  • Les îles Diego de Almagro et Guarello (dans l'archipel de Madre de Dios), toutes deux situées sur la façade océanique de la Patagonie chilienne reçoivent des quantités d'eau annuelles de l'ordre de 8 000 mm.
  • Debundscha, sur la façade côtière ouest du volcan Cameroun dans le pays du même nom, a sur 38 ans reçu une moyenne annuel de 9 987 mm30. L'île de Bioko reçoit, dans sa partie méridionale, des précipitations probablement comparables à celles du mont Cameroun (situé à seulement 32 km au nord-est)30. Mais aucune étude n'a pour le moment était réalisée, ou publiée.
  • Le Mont Waiʻaleʻale, Hawaï a une pluviométrie moyenne de 11 640 mm sur les 32 dernières années et un record à 17 340 mm en 198225.
  • La région de Meghalaya, Inde, avec une moyenne de 11 470 mm, comporte les lieux les plus arrosés au monde à Cherrapunji et Mawsynram. À ce dernier endroit, la moyenne est de 11 872 mm sur les 38 dernières années. Mais la pluie à Mawsynram est concentrée sur la période de la mousson, alors que la pluie à Waiʻaleʻale est distribuée sur toute l'année25.
  • Lloró sur la côte pacifique de la Colombie (département de Chocó) détiendrait le record absolu, avec une moyenne de 13 300 mm selon l'UNESCO31. Cependant, ce record n'est pas pas reconnu par l’Organisation météorologique mondiale car il s'agit d'une estimation32. Officiellement, les plus fortes précipitations annuelles en Amérique du Sud sont relevées à la station de Quibdó, située à 22,5 km de Lloró, avec 8 991 mm25.
  • Une zone de quelques kilomètres de long, située entre 1 300 et 1 800 m d'altitude, sur la façade orientale du piton de la Fournaise (volcan de La Réunion) reçoit plus de 12 000 mm d'eau par an. Des études complémentaires pourraient montrer qu'à l'intérieur même de cette zone, il puisse exister des sites d'une pluviométrie encore supérieure (jusqu'à 15 000 mm)33. L'île détient depuis trente ans les records mondiaux de précipitation sur les périodes allant de douze heures à quinze jours, notamment lors du cyclone Hyacinthe en janvier 198026.

Records de pluviométrie en France métropolitainemodifier

  • Le Mont Aigoual dans le Gard détient le record de pluviométrie française avec 2 280 mm d'eau en une année.
  • Les communes de Borne avec 2 220 mm et Loubaresse avec 2 200 mm en Ardèche détiennent le record national pour des zones habitées34.

Neigemodifier

  • Enneigement annuel (hors Groenland et Antarctique) : 28,96 m, mont Baker, Washington (États-Unis) durant l'hiver 1998-199935 ;
  • La plus forte quantité de neige en 24 heures est de 75,8 pouces (193 cm) à Silver Lake, Colorado, du 14 au 15 avril, 1921 selon l’Organisation météorologique mondiale36. Cependant, le National Climatic Data Center aux États-Unis accepte un 78 pouces (198 cm) de neige au camp 47, une station le long de la Richardson Highway en Alaska, le 7 février 196336.

Référencesmodifier

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  36. ↑ a et b (en) World Record Snowfall?, Christopher C. Burt, sur Weather Underground, 1er avril 2011. Consulté le 18 décembre 2012

Bibliographiemodifier

  • François Anctil, Nicolas Rousselle et Jean Lauzon, Hydrologie : Le cheminement de l'eau, Presses internationales Polytechnique, 2012, 418 p. lire en ligne (page consultée le 7 décembre 2012)] présentation en ligne 
  • André Musy et Christophe Higy, Hydrologie 1 : une science de la nature, PPUR presses polytechniques, 2004, 314 pages p. lire en ligne (page consultée le 7 décembre 2012)] présentation en ligne 

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