Météorologie en générale/Comment prévoir les précipitations et le type de précipitation en détail.

Les précipitations et leur detection

Moteurs de notre planète, les précipitations apportent l'eau nécessaire à la vie sur Terre ; d'autre part, les précipitations peuvent entraîner des inondations plus ou moins mortels . Une étude des précipitations s'impose ; avec une définition générale des précipitations ( schéma à l'appui ) puis les différents types de précipitations et leurs moyens de prévisions à chacune .

1 ) Définition   
2 ) Les différents types de précipitations   
a ) Pluie   
b ) Bruine ou crachin   
c ) Grésil   
d ) Grêle ( Dégats occasionnés par la grêle et assurance à prendre le cas échéant )   
e ) Neige   
f ) Givre ou rosée  

g ) Les embruns

h) Hygromites ou stalagmites

i ) Les prismes de glace
3 ) Comment mesurer  et repérer les différentes précipitations ? 
4 ) Les records  

1 ) Définition 
Pour qu'il y ait formation de précipitations, il faut de la vapeur d'eau, un noyau de condensation et des turbulences comme dans le schéma ci-dessous .

La vapeur d'eau peut-être due à un réchauffement des cours d'eau ou une transpiration des plantes ( évapotranspiration ) .une fois arrivée dans le nuage, elle est entraînée par des courants d'air froid ; la présence d'un noyau de condensation ( cela peut être un grain, une poussière qui s'est échappée, ... ) permet la rotation de la vapeur d'eau autour de ce noyau de condensation : le nuage se forme ;en l'absence de noyaux de condensation, une gouttelette d'eau peut tout de même se former mais partiellement ( processus de nucléation ) ; si la température est négative au sommet du nuage, il y a alors passage de l'eau à l'état liquide à des cristaux de glace : ce transfert se nomme l'effet Bergeron .

NB : -il est possible de reproduire expérimentalement la formation d'une goutte au moyen d'une chambre de Wilson ( chambre dans laquelle de la vapeur doit se condenser avec des noyaux de condensation ) .

-certaines précipitations n'atteignent pas le sol car évaporées avant d'arriver au sol : queue de pluie .

Les cristaux de glaces situés au sommet du nuage peuvent donner différentes types de précipitations à commencer par la pluie . Une des sciences qui étudie l'eau sous toutes ses formes est l'hydrologie .

2 ) Les différents types de précipitations 
a ) Pluie 
La pluie se forme de la façon suivante :

Les cristaux de glaces situés au sommet du nuage tombent à cause de leur masse et des turbulences incapables de les retenir ; dans leur chute, ils rencontrent de l'air chaud et des gouttes surfondues : c'est l'effet de coalescence ou de captation. 
Du coup, la vitesse de chute des gouttes s'accélèrent ; d'où les averses de pluie ( fortes précipitations de courtes durées ) que nous pouvons rencontrer .

De temps en temps, il peut se produire de la pluie dite verglaçante l'hiver en raison de l'air froid et sec situé au sol ; l'été nous avons aussi des sols glissants avec l'arrivée de la pluie sur une surface chaude et sèche ; ce phénomène est appelé verglas d'été .

NB : la taille d'une goutte de pluie varie de 0,5 mm à 3,5 mm et peut tomber jusqu'à 30 km / h ! lorsqu'il y a beaucoup de noyaux de condensation dans l'atmosphère, les gouttes de pluie sont si petites qu'elles ne retombent pas sur Terre : ensemencement excédentaire .

La prévision de la pluie n'est pas difficile puisque fréquente et pour cause : il suffit d'avoir une température ambiante assez élevé ( supérieure à 2 °C ) et prévoir l'arrivée d'un front chaud .

b ) Bruine ou crachin
Formation de la bruine :

La bruine est due à de très faibles turbulences à l'intérieur du nuage mais aussi à une forte température ; du coup, la vapeur d'eau ne peut se condenser aussi fortement que prévue ; dans ce cas, la vapeur d'eau condensée ne devrait pas retomber sur Terre . Et bien si grâce au mouvement verticaux régit par l'atmosphère ( les mouvements horizontaux étant très faibles voire négligeable ) .

Nous retrouvons de la bruine dans le secteur chaud d'une perturbation ( ciel gris + vent faible ) . la prévision de la bruine ne pose alors aucun problème .

c ) Grésil

Le grésil se forme quand de l'air froid continue à alimenter les cristaux de glace qui entament leur chute vers le sol ; de l'air chaud et humide et de l'air chaud et sec tend à atténuer la taille des cristaux de glace : ce sont les grésil .

Les grésil prennent naissance dans les nuages cumuliformes ( Cumulus, Cumulonimbus ) après un front froid : la prévision n'est là non plus pas difficile si ce n'est que si l'air chaud est très actif à la base du nuage, il n'y aura pas de grésil ( juste de la pluie ) .

NB : la taille du grésil varie entre 3 mm et 1 cm !

d ) Grêle 
Formation de la grêle :

Vous enlevez l'air chaud ; et vous obtenez de la grêle dont la proportion peut être importante ( le record est de 1 kg !!! soit 4 fois la masse d'une balle de golf ) .

NB : la taille de la grêle varie entre 3 cm et 12 cm ( imaginez le résultat quand plus de 50 grelons tombent en une seconde ) ! il peut arriver que des cupules se forment : particules de glace ayant la forme d'une coupe .

La précipitation de la grêle est sensiblement la même que celle du grésil : il faut de l'air froid au sol ( 15-20 °C ) ; d'ou les fortes averses qui ont souvent lieu lors des saisons intermédiaires et notamment les "giboulées de Mars" .

Dégats occasionnés par la grêle : Rien ne sert de faire un procès comme l'ont fait des agriculteurs Auvergnat à Meteo France parce que Meteo France n'avait soi disant pas prévu les averses de grêle ; ces averses sont extrêmement difficiles à prévoir .En cas de souci, il suffit de prendre une assurance . Les recommandations au niveau des assurances : il est fortement conseillé de prendre une assurance habitation ; cette assurance couvre les dégâts liés aux incendies, aux intempéries notamment .

e ) Neige . 
Formation de la neige :

la formation de la neige est nettement plus compliquée ; reprenez la formation du grésil . Arrivée à la base du nuage, le grésil est touché par de l'air chaud et sec ; le grésil devient alors minuscule si bien que nous allons croire qu'il va se former de la pluie . Mais de l'air froid et sec stagne au niveau du sol : il y a à nouveau condensation au niveau du sol mais insuffisante pour redonner du grésil, nous avons alors des minuscules cristaux qui forment la neige .

NB :

-la taille de la neige varie entre 3 cm et 5 cm ; la neige peut fusionner avec le sol lorsque la température est au dessus de 0 °C : dégel .

-pour mesurer la hauteur de la neige tombée, il est conseillé de se servir d'un nivomètre ( qui mesure la masse de la neige ) .

-le vent peut soulever une masse de neige et provoquée un tourbillon de neige si bien que la visibilité est très réduite : un tel phénomène s'appelle la poudrerie .

-la neige peut constituer une crête qui est déplacée lentement comme une dune : sastrugi ou zastrugi .

-il existe aussi le Chasse neige : neige soulevée du sol par le vent ( Chasse neige bas : visibilité des obstacles élevée ; Chasse neige élevé : visibilité des obstacles faible ).

La prévision de la neige n'est pas difficile : il suffit d'une température ambiante froide ( -4 à 4 °C ) et l'arrivée d'un front chaud .

f ) Givre, rosée et verglas
Formation de la givre ou de la rosée :

La rosée ou le givre se forme un peu de la même façon que le brouillard sauf que la condensation est plus forte du fait de la présence d'un air froid et sec : l'air froid et sec permet la condensation de l'eau bien que le vent souffle faiblement ; jusque là rien de nouveau . Sauf que la vapeur d'eau condensée retombe dans de l'air froid et sec situé au niveau du sol : il y a formation de givre quand on prévoit une température inférieure à 5°C et de la rosée ( 5-15 °C ) .

Nous constatons aussi :

-le givre mou : fines aiguilles .

-Le givre dur : granules de glace avec de nombreuses ramifications .

-Le givre transparent : forme lisse qui comme son nom l'indique est transparent ressemblent à du verglas .

NB : le givre et la rosée sont de minuscules particules mesurant entre 0,005 mm et 0,075 mm . 

La prévision du givre ( l'hiver ) et de la rosée ( l'été ) n'est pas non plus difficile du fait de la stabilité de l'air : il faut donc un vent faible, et de l'air froid et sec .

Quant au verglas, il est issu de l'arrivée d'une masse d'air chaude sur une masse d'air froide ; jusque là rien de nouveau sauf qu'il se forme au passage d'une perturbation : les précipitations y sont nombreuses, ce qui occasionnent parfois des dégâts comme à Montréal ( Canada ) en 1998 et à Montélimar .

g ) Les embruns

Ce sont des gouttelettes d'eau issues de lacs, de fleuves ou même de mers et qui sont déplacées par le vent dans l'atmosphère .Si les gouttelettes se fixent sur les navires ou bateaux de plaisancier, de la glace peut se former : embruns verglaçants .

NB : l'évaporation générée sur les embruns donne des espèces de particules appelées noyaux salins .

h) Hygromites ou stalagmites

Cristaux de glaces qui ont la forme des stalagmites dans les cavernes et qui ont une forme cylindrique .

i ) Les prismes de glace

 Lorsque la température descend en dessous de -10°C à 1500m et -5°C au niveau du sol, nous pouvons nous attendre à la formation de neige ; or, la température est tellement basse que les gouttelettes d'eau se transforment en glace et ayant la forme d'un prisme .La chute de précipitations sous forme de glace peut provoquer de nombreux dégâts comme la rupture de cables électriques ou chutes des arbres : un tel scénario s'est notamment produit à Montréal il y a quelques années .

3 ) Comment mesurer et repérer les précipitations ? 
Les précipitations sont mesurées à l'aide d'un seul instrument météorologique : le pluviomètre .

-Le pluviomètre "électrique"

Le pluviomètre "électrique" doit être impérativement placé dans un endroit dégagée et fixée au sol ( si ce n'est pas le cas, l'accroché avec des morceaux de ficelles dans les trous prévus à cet effet ) .

-Le pluviomètre de Towneley

Inventé par le physicien anglais Richard Towneley ( 1629-1707 ), le pluviomètre mesure la quantité d'eau tombée lors d'une averse ou de pluies intermittentes ; la seule différence est qu'il est limité au niveau de la quantité d'eau : il ne peut en recevoir en moyenne que 40 à 50 L / m² ( ou 40 à 50 mm d'eau ) sinon il déborde et vous ratez des quantités d'eau importantes !

Pour repérer les différentes précipitations, il est nécessaire d'utiliser un radar de précipitation : en effet, la fréquence varie quand la distance entre le météore et le radar varie ; c'est ce que nous appelons l'effet Doppler .Il est aussi possible de repérer les précipitations via un lidar ( instrument météorologique qui détecte les hydrométéores ) ou un appareil télédétection ( radar ) .

NB : la quantité d'eau tombée a une influence sur la consommation des plantes en eau ( pluies efficaces ) et sur les nappes souterraines ( infiltration et écoulement ) ; des réserves d'eau peuvent être effectuées par les nappes phréatiques : nous parlons alors de réserve utile

4 ) Les records
En France : le 18 Octobre 1940, il est tombé 840 L / m² à La Lau ( Pyrénées Orientales ) .

En 1913, il est tombé 4017 L / m² au Mont Aigoual ( Pyrénées ) soit près de 5 fois la quantité qui tombe à Paris en un an !!

le plus gros grêlon a été relevé à Strasbourg le 11 Août 1958 ; il pesait 972 g !!!

Dans le monde : le 15 Mars 1952, il est tombé 1872 L / m² à Cilaos ( Ile de La Réunion ) .

Entre le 1er Août 1860 et le 31 Juillet 1861, il est tombé 26461 L / m² à Cherrapunji ( Inde ) . 

Les précipitations restent difficiles à prévoir pour les météorologues parce que les précipitations n'atteignent pas toujours le sol faute de condensation suffisante : c'est pour cela que l'on assiste à des orages sans précipitations .