Comment se forme la pluie

L'atmosphère par l'intermédiaire des nuages et des précipitations (pluie, bruine, neige, grèle) fournit l'eau douce indispensable à la vie. Au total l'eau liquide occupe sur notre planète un volume de 1,4 milliard de kilomètres cubes et ce depuis des millions d'années. Plus de 97% de cette eau se trouve dans les océans ou les lacs salés.  Moins de 3% est sous forme d'eau douce et encore elle est stockée dans les glaces polaires et autres glaciers... L'eau douce des rivières, des lacs, des nappes peu profondes ne représente que 130 000 kilomètres cubes, soit 0,33% du total de l'eau douce de la planète. S'il ne pleuvait pas, tous ces réservoirs seraient trés vite à sec. L'eau contenue dans l'atmosphère représente moins de 12 000 kilomètres cubes soit... un cent millième de l'eau totale de la planète ! Cette quantité est trés faible par rapport à nos besoin mais l'atmosphère n'est pas un lieu de stockage c'est une "usine" de traitement et de transformation mais aussi de transport de la vapeur d'eau qui donnera de l'eau liquide.

Les gouttelettes ou les cristaux ( qui nous donnent aussi de jolis photométéores comme les arcs en ciel ou les couronnes) composant les nuages sont de faible dimension, et se maintiennent en équilibre. Le phénomène de précipitation est donc dû essentiellement à l'accroissement de la taille des éléments dont la masse devient suffisante pour vaincre les forces d'agitation. Ce grossissement peut s'expliquer par les deux processus suivant :

                        L'effet Bergeron :

    Dans la partie du nuage où la température est négative mais supérieure à -41°C, coexistent cristaux de glace et gouttelettes d'eau surfondues (eau liquide avec une T°<0°C). Physiquement, pour une masse d'air donnée, la saturation autour d'un cristal de glace intervient à un taux d'humidité plus bas qu'autour d'une gouttelette d'eau surfondue. Il y a donc transfert de la vapeur d'eau des gouttelettes vers les cristaux, c'est à dire qu'il y a condensation autour du cristal avec évaporation des gouttelettes. On dit aussi qu'à la même température, le cristal présente une affinité à la vapeur d'eau plus grande que l'eau surfondue. Lorsque la masse du cristal est suffisante après transfert, il précipite ; s'il traverse une région à température positive suffisamment épaisse (souvent à partir de 300 m dans les nuages stables) et si la durée de chute le permet, il fond et c'est la pluie...

   Le même processus de grossissement a lieu entre deux gouttelettes à des températures différentes (la plus froide grossit au détriment de la plus chaude) et entre deux gouttelettes de taille différente (la plus grosse grossit au détriment de la plus petite).

                        L'effet de coalescence ou de captation :

    Il y a grossissement par choc et fusionnement avec d'autres particules. Du fait de la dispersion des vitesses, le cristal en se déplaçant, soit en chute libre, soit par turbulence, entre en collision avec les gouttelettes surfondues ; la congélation de celles-ci augmente le volume du cristal. Il en est de même pour les gouttelettes de diamètre supérieur à 30 microns qui entrent en collision avec des gouttelettes de diamètre inférieur. Ce processus provoque un accroissement rapide de leur dimension et donc de leur masse augmentant leur vitesse de chute.

    Enfin, on pourra noter que lorsque deux cristaux entrent en collision, de fins cristaux se retrouvent éjectés et ainsi servent de noyaux de condensation qui augmenteront la densité des cristaux. On comprend pourquoi, avec l'effet Bergeron en plus, 97% des nuages donnant lieu à des précipitations présentent des températures négatives à leur sommet. 

L'importance de l'effet de coalescence ou de captation:

    => Il faut 4 heures d'effet Bergeron pour former une goutte de pluie de 2 mm de diamètre (et même 16 heures pour une goutte de 4 mm).

    => Dans des ciels de traine active ou lors de la formation d'orages (effet de coalescence ou de captation maximal),  des gouttes de pluie de cette taille se forment en seulement 2 heures. Ainsi intervient l'effet de coalescence ou de captation qui augmente largement le grossissement des gouttes

(Cumulonimbus praecipitatio : précipitations formées par effet de coalescence)

 (voir aussi les catastrophes du siècle) (voir aussi la page cyclone)

Connaître l'effet ayant formé une goutte de pluie

Phénomènes observés liés au diamètre des gouttelettes d'eau

Remarque: au delà de 6 mm, la goutte se "fractionne" pendant sa chute.

La bruine est composée de toutes petites gouttes d'eau de 0,06 à 0,6 mm tombant à la vitesse de 20 à 100 centimètres par seconde. Les gouttes de pluie ont un diamètre supérieur, allant de 1 mm à 3 mm pour une ondée, pouvant aller jusqu'à 6mm parfois pour une trés grosse averse, souvent c'est une sorte de grélon fondu.

Hauteur de pluie par an en cm dans différentes grandes villes de France:

Abbeville 73 Agen 73 Aix en Provence 64 Ajaccio 67 Alençon 73 Ambérieu en Bugey 116 Angers 60 Auxerre 64 Bastia 75 Beauvais 65 Belfort 104 Belle Ille enMer 68 Besançon 107 Biarritz 148 Bordeaux 94 Boulogne sur Mer 65 Bourges 72 Bourg St Maurice 95 Brest 112 Caen 71 Cap Béar 58 Cap Cavallo61 CapCorse 43 Cap de la Hague 69 Cap Ferret 86 Cap Pertusato 53 Carcassonne 74 Challes les Eaux 113 Chartres 57 Château-Chinon 126 Châteauroux 74
Clermont-Ferrand 59 Cognac 77 Deauville 83 Dieppe 77 Dijon 72 Dinard 71 Dunkerque 65 Embrun 72 Gourdon 90 Granville 61 Ille de Batz 81 Ille de Bréhat 71
Ille d'Oléron 71 Ille d'Ouessant 67 Ille d'Yeu 73 La Rochelle 77 Langres 88 Le Mans 68 Le Puy 66 Lille 64 Limoges 94 Lorient 90 Lus la Croix Haute 107
Luxeuil les Bains 96 Lyon 83 Mâcon 83 Marignane 57 Melun 63 Metz 72 Millau 76 Mont de Marsan 94 Montélimar 97 Montpellier 97 Mulhouse 71
Nancy 73 Nantes 79 Nevers 80 Nice 87 Nîmes 75 Orange 74 Orléans 62 Paris 63 Pau 110 Perpignan 60 Phalsbourg 81 Pointe de Penmarch 66 Poitiers 70
Reims 58 Rennes 63 Romilly sur Seine 62 Rostrenen 100 Rouen 73 Royan 77 Saint Dizier 78 Saint Girons 105 Saint Quentin 68 Saint Raphaël 86 Saint-Étienne 72
Strasbourg 59 Tarbes 110 Toulon 72 Toulouse 67 Tours 68 Vichy 80 .

La hauteur de pluie est mesurée à l'aide du pluviomètre. Ainsi, 1mm de pluie correspond à un litre d'eau au mètre carré. Le pluviomètre automatique enregistre donc automatiquement la hauteur de pluie avec l'aide d'un dispositif de comptage à augets basculants. Chaque fois que 0,2 mm sont recueillies par le cône de réception il en résulte un basculement qui entraine un contact au mercure et à ce moment une impulsion électrique est envoyée vers le dispositif d'enregistrement. De nos jours ces impulsions sont comptées et mise en mémoire dans un ordinateur qui ainsi pourra facilement en déduire l'intensité des précipitations, c'est à dire la quantité de pluie tombée pendant un laps de temps donné.

Le pluviomètre manuel dispose d'une éprouvette graduée qui se remplie d'eau de pluie et il suffit de lire simplement alors le niveau de l'eau sur des graduations. Le relevé à lieu matin et soir ou bien seulement le matin pour relever la quantité tombée en 24 heures. Il existent actuellemnt en France plus de 3000 postes climatologiques dit "bénévoles" qui relèvent tous les matins la hauteur de la pluie dans le pluviomètre. Ces postes sont tenus par "Monsieur Tout Le Monde" genre, un curé, un gendarme, un agriculteur, un retraité, bref une personne qui est tous les jours disponible. Dans le cas de la neige, le pluviomètre est équipé d'une résistance chauffante qui amène la fonte de la neige dans le cône et on mesure alors l'eau correspondant à la neige tombée.

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