Pluviométrie

Les résultats d'une étude, basée sur des données pluviométriques journalières provenant sur 185 sites haute-qualité des stations d'observation du réseau Global Climate Observing System Surface Network dispersés sur l'Amérique du Nord, l'Eurasie et l'Australie (mais pas l'Amérique du sud ni l'Afrique) entre de 50° degrés de latitude nord et sud (c'est-à-dire entre les deux zones polaires) furent publiés en 2018[18]. Les observations furent collectées sur 16 ans (de 1999 à 2014), soit une période assez longue pour gommer les variations annuelles dues à El Niño et à d'autres cycles climatiques de court terme[18].

D'après cette étude[18]:

• la moitié des précipitations annuelles en un même point tombent généralement en peu de jours (en seulement 12 jours en général). ;
• le jour le plus humide pour chaque site (équivalent d'un mois complet de pluie) se déverse en 24 h. Selon la géographie et l'hémisphère terrestre considéré, les jours les plus humides varient selon les endroits et les saisons, mais ce « schéma » semble valide partout sur la planète.

Les influences combinées de la latitude, de la topographie et de la distance à la mer entraînent une distribution des précipitations très variable en Europe, allant de moins de 400 mm/an dans certaines parties de la région méditerranéenne et les plaines centrales européennes à plus de 1 000 mm/année le long des côtes atlantiques de l'Espagne à la Norvège, des Alpes et de leur extension orientale. Une grande partie de ces précipitations est perdue sous forme d’évapotranspiration et les « précipitations effectives » restantes ne dépassent pas 250 mm/an dans la majeure partie de l’Europe. Dans certaines parties du sud de l'Europe, les précipitations effectives sont inférieures à 50 mm/an. Les précipitations en Europe ont généralement augmenté au cours du XX^e siècle, augmentant de 6 à 8 % en moyenne entre 1901 et 2005. De grandes différences géographiques apparaissent toutefois, notamment en Méditerranée et en Europe orientale. En outre, des changements saisonniers se sont produits, notamment une augmentation des précipitations hivernales dans la majeure partie de l’ouest et du nord de l’Europe et une diminution dans le sud de l’Europe et dans certaines parties de l’Europe centrale. Les modèles climatiques prévoient une augmentation générale future des précipitations en Europe du Nord et une diminution en Europe du Sud[19].

Une étude de 2018 (section Constantes) a porté également sur les effets de l'augmentation des concentrations de CO₂ prévus. Elle a testé 36 modèles climatiques différents pour simuler les tendances pluviométriques entre 2020 et a fin du siècle, notamment pour la période 2085-2100 dans le cas d'un scénario à 936 parties par million (ppm) de CO₂ en 2100 (contre 408 ppm en 2018). Les résultats montrent que les pluies torrentielles pourraient être plus violentes encore : entre 1985 et 2100 la moitié des précipitations annuelles pourraient tomber en 11 jours au lieu de 12, pendant que le total des pluies annuelles pourrait aussi augmenter[18].

Pour les températures, le Gulf Stream ne se modifie pas significativement mais le réchauffement se traduira par un simple glissement géographique et altitudinal des zones climatiques. Pour la pluviométrie le changement dans les précipitations en réponse au dérèglement climatique devrait être plus complexe. Les modèles ne prévoient pas que toutes les pluies augmentent un peu ; seules quelques pluies torrentielles chaque année devraient être encore plus exceptionnelles[29]. Ainsi sur l'échelle de résolution spatiale des modèles de 2018 (100 à 200 km environ), dans le cas d'un scénario d'émissions de gaz à effet de serre (GES) élevées[29] :

• plus de 80 % de l'augmentation des précipitations se manifesteront dans 5 % seulement des jours de l'année ;
• 20 % du changement devraient se manifester en seulement deux jours (les deux jours les plus pluvieux de l'année) ;
• 50 % du changement devrait se manifester lors des 8,6 jours les plus humides
• 70 % durant les deux semaines les plus humides.

Au niveau de la station météo, le changement est encore plus manifeste[29] : la moitié du changement de précipitations se manifestera lors des 6 jours les plus pluvieux de l'année et les pluies anormalement fortes constitueront une part croissante du total des précipitations annuelles[29].

Les inondations et sécheresses pourraient être plus graves ; les auteurs concluent que "Plutôt que s'attendre à plus de pluie en général, la société doit prendre des mesures pour faire face à peu de changement la plupart du temps mais à quelques pluies plus torrentielles qu'aujourd'hui)[29].

Le pluviomètre, l'un des outils de base de la pluviométrie.

Le pluviomètre est un instrument de mesure qui sert à 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 carré[30], ou en mètres cubes par hectare pour l'agriculture (1 mm = 1 l/m² = 10 m³/ha pour l'eau). Il est constitué de deux parties importantes[3] :

• un collecteur en forme 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.

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 augmente[31]. 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'un élément chauffant fond la neige et que la variation du poids donne la quantité d'équivalent en eau tombé[31].

La table à neige est une sorte de table peinte en blanc, mesurant généralement 930 cm², qui est placée normalement au sol ou au-dessus de la couche nivale antérieure[32] - [33]. 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 neige[32]. 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.

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'accumulations[34].

Les satellites météorologiques sont équipés 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 précipitations[9].

Dans les pays pauvres, certaines régions restent peu couvertes par les observations directes, ainsi que par les systèmes de télédétection radars et la prévision météorologique. Les agriculteurs, pêcheurs, éleveurs et marins en pâtissent[35]. Ceci pourrait bientôt changer grâce à la propagation des réseaux sans fil de téléphonie mobile dans les zones reculées, car la teneur de l’air en eau influe sur la diffusion des micro-ondes qui sont en partie absorbées par l’eau[35]. La technique de l'occultation radio permettait déjà de déduire des informations d’intérêt météorologique dues à l’occultation d’une partie du signal radio envoyé par les satellites vers la terre (Application du GPS en météorologie)[36]. Dès 2006, des chercheurs ont montré que la quantité de précipitations d’une zone peut être évaluée en comparant les changements de puissance du signal entre des tours de communication [37] - [38]. Dans ces deux cas, les chercheurs doivent avoir accès à des données qui sont militaires ou de propriété commerciale des sociétés de télécom ou de téléphonie mobile, ce qui a freiné la recherche, mais des expériences récentes faites en Europe et en Afrique montrent d’une part que la météorologie pourrait bénéficier de l’analyse de ces données et de leur intégration dans les modèles de prévisions, et d’autre part que les pays pauvres pourraient bénéficier de prévisions moins coûteuses pour eux[35].

Une « start-up » créée le 2 avril 2017 à Boston (Massachusetts), ClimaCell, dit pouvoir combiner des données de signaux hyperfréquences à d'autres données météorologiques pour créer des prévisions immédiates et à haute résolution (au niveau de la rue) avec trois heures à l'avance des quantités tombées et à tomber. Elle mentionne pouvoir peut-être le faire à six heures avant la fin 2017, sur la base d’une méthode encore confidentielle (non publiée dans une revue scientifique évaluée par des pairs)[35]. Cette entreprise lancera commercialement son « produit » aux États-Unis et dans d’autres pays développés, mais projette de rapidement (avant fin 2017) le mettre en place en Inde et dans d’autres pays en développement, potentiellement partout où des gens utilisent des téléphones portables[35], mais elle est en concurrence avec le projet d’un groupe de chercheurs européens et israéliens qui a testé des systèmes multi-échelles qui s’appuient sur la création récente d’un consortium utilisant des logiciels à code source ouvert. Ce groupe coordonné par Aart Overeem (hydrométéorologiste de l'Institut royal météorologique des Pays-Bas) bénéficie d’une aide de presque 5 millions d'euros de la Commission européenne afin de mettre au point un prototype de système de surveillance des précipitations susceptible d’être déployé en Europe et en Afrique. La technologie a été testée avec succès en 2012 aux Pays-Bas[39] et en 2015 à Göteborg (où l'Institut suédois de météorologie et d'hydrologie (SMHI) récolte environ 6 millions de données par jour dans la ville, grâce à la société de télécommunications Ericsson et un opérateur d’émetteur (Tour), ce qui permet une estimation minute par minute des précipitations avec une résolution de 500 mètres sur la ville de Göteborg[35].

Les données uniquement basées sur les micro-ondes tendent à souvent surestimer l’ampleur des précipitations (jusqu’à 200 voire 300 %), mais le consortium dit avoir réussi à corriger ce biais sans avoir besoin de données de référence fournies par des pluviomètres ou radars météorologiques terrestres. En 2012, une équipe dirigée par Marielle Gosset, (hydrologiste de l'Institut français de la recherche pour le développement) a testé avec succès cette solution au Burkina Faso[40] et depuis le développe dans d'autres pays (Niger notamment). Un partenariat avec Orange et un financement de la Banque mondiale et des Nations unies devrait permettre un développement équivalent au Maroc et au Cameroun avant la fin 2017[35].

D'un côté, 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 sont[44] :

• 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)[47] ;
• 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.

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 annuelle de 9 987 mm[48]. 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)[48]. Mais aucune étude n'a pour le moment été 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 1982[44] ;
• 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'année[44] ;
• Lloró sur la côte pacifique de la Colombie (département de Chocó) détiendrait le record absolu, avec une moyenne de 13 300 mm selon l'UNESCO[49]. Cependant, ce record n'est pas reconnu par l’Organisation météorologique mondiale car il s'agit d'une estimation[50]. 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 mm[44] ;
• 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)[51]. L'île détient depuis trente ans les records mondiaux de précipitations sur les périodes allant de douze heures à quinze jours, notamment lors du cyclone Hyacinthe en janvier 1980[41], en dehors du record de pluie sur deux jours réattribué à Cherrapunji (épisode de mousson de 1995) en 2014[46].

Les records de pluviosité en France métropolitaine[43] - [52] :

• officiellement, le record pluviométrique de France métropolitaine est détenu par le Mont Aigoual (1 565 mètres d'altitude) dans le Gard avec 2 280 mm par an et le cumul annuel le plus fort observé de 4 014 mm en 1913 ;
• officieusement, le record annuel peut être au Lioran, dans le Cantal. Sa station météo (1 230 mètres d'altitude) affiche le second record de pluviométrie (2 260 mm par an), derrière le Mont Aigoual, mais elle n'est pas située au sommet comme celle de ce dernier. Il est probable que les précipitations soient plus élevées à son point culminant situé à 1 855 mètres d'altitude.
• Borne et Loubaresse en Ardèche sont les communes les plus arrosées avec respectivement 2 220 mm et 2 200 mm en moyenne cumulée par an.

La quantité de neige accumulée est une donnée importante pour connaître la progression des glaciers, le ruissellement printanier et le climat. Elle est exprimée en équivalent d'eau de la neige fondue pour usage pluviométrique mais les records sont habituellement donnés en centimètres de neige tombée par période :

• enneigement annuel (hors Groenland et Antarctique) : 28,96 m, mont Baker, Washington (États-Unis) durant l'hiver 1998-1999[53] ;
• 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 mondiale[54]. 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 1963[54].

• Précipitations
• Hydrogramme
• Hyétogramme
• Records climatiques

• Cartes pluviométriques historiques sur le site de Météo-France
  • Pluviométrie en France
  • Relevés mensuels réguliers de la pluviométrie sur Vence, Valbonne, Mougins, Mouans-Sartoux, Saint-Cézaire-sur-Siagne, et Carros-Village (Département des Alpes-Maritimes) et comparaison avec les moyennes des pluies de 1951 à 1970, extraites du livre La météo de la France de J. Kessler et A. Chambraud.