Météorologie en générale/Les pluies

Ce sont des pluies qui apportent sur une courte durée (d'une heure à une journée) une importante quantité d'eau. Cette quantité peut égaler celle reçue habituellement en un mois, voire en plusieurs mois.

Des cumuls de l'ordre de 50 mm* en 24 heures dans la plupart des régions de plaine et de l'ordre de 100 mm en 24 heures dans les régions montagneuses sont considérés comme des seuils critiques. Le dépassement de ces seuils peut provoquer, lorsque la nature du terrain s'y prête, de graves inondations.

Pour les phénomènes les plus violents, le cumul des précipitations dépasse généralement les 100 mm en une heure. Dans le Sud de la France, les cumuls observés peuvent même dépasser 500 mm en 24 heures.

Utilisés à l'origine pour détecter les avions, les radars sont devenus au début des années 60 un moyen d'observation irremplaçable pour détecter et quantifier les précipitations.

Qu'est-ce qu'un radar météorologique ?

Les radars météorologiques permettent de localiser les précipitations et de mesurer leur intensité en temps réel. Répartis sur l'ensemble du territoire, ils ont une portée d'environ 100 km pour mesurer la quantité de précipitations et d'environ 200 km pour détecter des phénomènes dangereux. Outre l'intensité des précipitations, les radars météorologiques fournissent également, en exploitant l'effet Doppler, des informations sur le vent dans les zones précipitantes. Les radars les plus récents sont quant à eux capables de faire la distinction entre les types de précipitations (pluie, neige, grêle…). Un radar est classiquement constitué d'une antenne parabolique, d'un système d'émission-réception et d'un calculateur. L'antenne est équipée de plusieurs moteurs destinés à l'orienter verticalement et horizontalement et d'un radôme, enveloppe sphérique qui protège l'ensemble des intempéries. Le calculateur assure le contrôle de l'antenne et de l'émetteur ainsi que le traitement du signal reçu. Il permet une visualisation locale des échos et un suivi temps réel de l'état du radar. Enfin, il assure la diffusion des produits.  

Comment fonctionne un radar ?

La réflectivité est la mesure de base faite par les radars météorologiques. Elle représente la proportion de l'onde émise par le radar rétrodiffusée par les hydrométéores. L'antenne parabolique du radar décrit en permanence des tours d'horizon (à la vitesse azimutale typique de 10 degrés / seconde) et émet, à intervalles réguliers, de très brèves impulsions (ou ondes) électromagnétiques (1 à 2 microsecondes). Ces ondes, qui se déplacent à la vitesse de la lumière, sont rétrodiffusées par les gouttes de pluie, les grêlons ou la neige. Ainsi, chaque émission est suivie d'un temps "mort" beaucoup plus long pour "écouter" les échos créés par les obstacles ou cibles (gouttes de pluie, flocons de neige…). La fraction très faible renvoyée vers le radar constitue le signal utile. C'est l'analyse de ce signal qui permet de repérer la position, l'intensité, le déplacement et le type des précipitations. Les zones de précipitations sont ainsi localisées et leur intensité mesurée. L'image radar est perturbée par des obstacles fixes comme les montagnes ou les constructions au voisinage immédiat de l'antenne. L'implantation des radars doit donc prendre en compte ces éléments afin d'assurer à cet instrument une capacité de mesure optimale.  

Le réseau de radars de Météo-France

Le réseau de radars de Météo-France en métropole (situation au 31 juillet 2015). Les cercles des radars en bande S (en rouge) et C (en bleu, en noir pour les radars limitrophes) ont un rayon de 100 km. Les cercles des radars en bande X (en vert et violet) ont un rayon de 50 km. 

Baptisé Aramis, le réseau de Météo-France comprend en métropole, au 31 juillet 2015, 29 radars : 19 radars en bande C, 5 en bandes S et 5 en bande X.Les radars en bande C (longueur d'onde 5 cm) et S (longueur d'onde 10 cm), dont les antennes mesurent de 3,5 à 6,5 mètres de diamètre, ont une portée allant jusqu'à 200 kilomètres. Les radars en bande X (longueur d'onde de 3cm) ont une portée plus faible, de l'ordre de 50 kilomètres, mais sont aussi de taille plus réduite (le diamètre de leur antenne est de 2 mètres). Leur installation est ainsi plus facile dans des zones accidentées où leur portée est limitée par le relief. La technique de double polarisation utilisée pour la majorité de ces radars permet d'enrichir les mesures, avec notamment des informations sur le type de précipitations.L'ensemble des données recueillies et traitées par Aramis est disponible 24 heures sur 24 et renouvelé toutes les cinq minutes sur l'ensemble du territoire. Les données d'un certain nombre de radars étrangers sont utilisées pour compléter la couverture du territoire sur les zones frontalières.Outre-mer, Météo-France opère, au 31 juillet 2015, 7 radars (1 en Martinique, 1 en Guadeloupe, 2 à La Réunion et 3 en Nouvelle-Calédonie). Météo-France reçoit par ailleurs les données d'un radar météorologique implanté en Guyane (Grand Leblond), opéré par le CNES. Les produits élaborés issus des radars implantés Outre-mer (lames d'eau, images de réflectivité, ...) sont accessibles en temps réel localement et à Toulouse. 

Le rôle des radars dans la chaîne de prévisions

Le signal émis par chacun des radars est d'abord traité par l'ordinateur du radar. Celui-ci élabore un certain nombre de produits « radar individuel » (image des précipitations notamment) qui sont transmis toutes les 5 minutes au centre Météo-France de Toulouse. Des mosaïques (ou images composites) 2D et même - plus récemment - 3D sont alors constituées à partir des données de tous les radars du réseau Aramis. Certaines mosaïques intègrent également les données de radars étrangers (pays limitrophes). Des données exogènes (pluviomètres, images satellite, sorties de modèles) peuvent aussi être utilisées dans la fabrication de certains produits (images de cumul de précipitations ou « lames d'eau » par exemple).Ces produits sont ensuite diffusés depuis le centre Météo-France de Toulouse vers l'ensemble des services et implantations de l'établissement.Les produits radar constituent un outil précieux pour l'élaboration par les prévisionnistes des prévisions à courte échéance. L'information issue des radars complète en effet les images satellitaires et les autres types de mesures. La signalisation des zones convectives fournie par les radars météorologiques est devenue une aide essentielle pour la bonne gestion du contrôle aérien.Le prévisionniste utilise un terminal dédié à l'imagerie météorologique pour superposer, programmer des séquences d'animation ou faire des zooms sur des zones particulières. Enfin, depuis plusieurs années, les données radar (vent et réflectivité) sont assimilées par le modèle de prévision numérique à maille fine de Météo-France (AROME), avec un impact positif sur la qualité des prévisions à plusieurs heures.L'imagerie radar apporte également des informations indispensables aux services de prévision des crues puisqu'elle fournit, après traitement approprié, une estimation des cumuls de précipitations dont la fiabilité croît année après année.Enfin, outre-mer, les radars sont utilisés pour la détection et le suivi des cyclones tropicaux.

Pluies intenses, quels dangers ?

Les dégâts provoqués dépendent des caractéristiques de la zone touchée : le relief, la nature et l'état de saturation en eau du sol, l'implantation des activités humaines et les mesures préventives telles que les barrages, l'aménagement de zones inondables.Le phénomène peut passer inaperçu dans une zone peu habitée. En secteur urbain, le fort ruissellement sur les surfaces imperméabilisées peut saturer le réseau d'évacuation des eaux pluviales et causer des inondations avec des dégâts considérables (Nîmes, le 3 octobre 1988).Les précipitations intenses provoquent aussi des crues-éclair dévastatrices, en particulier dans les zones montagneuses (Vaison-la-Romaine le 22 septembre 1992, Le Grand-Bornand le 14 juillet 1987).Les dégâts peuvent être aggravés par d'autres facteurs : violentes rafales de vent, glissements de terrain, ruptures de digues, grêle, fortes vagues.

Origine et périodes des pluies intenses

Les fortes précipitations peuvent résulter de plusieurs phénomènes : une perturbation associée à des pluies abondantes à caractère persistant, une succession d'orages localisés ou des orages violents et stationnaires.Les grosses cellules orageuses ont une dimension de plusieurs dizaines de kilomètres et une durée de vie qui peut dépasser une heure. En été principalement, les orages peuvent aussi se regrouper dans de vastes systèmes nuageux. Leur dimension peut alors dépasser plusieurs centaines de kilomètres et leur durée de vie 24 heures.

À quelle période se produisent les pluies intenses ?

Des précipitations intenses sont observées en toutes saisons.Mais les deux périodes les plus propices sont :

de mai à septembre, lorsque la plupart des orages se produisent sur l'Hexagone,

l'automne, saison particulièrement favorable aux fortes précipitations dans les régions méditerranéennes, quand l'air en altitude se refroidit plus vite que la Méditerranée encore chaude.

Quelles sont les régions exposées ?

Toute la France métropolitaine peut être exposée à de fortes précipitations. Elles sont cependant plus fréquentes dans les régions méditerranéennes et les régions montagneuses.Le Gard, l'Ardèche, puis l'Hérault et la Lozère figurent en tête des départements où on observe le plus souvent des épisodes apportant plus de 200 mm* de pluie en 1 jour en moyenne par an (Gard et Ardèche : en moyenne 1 fois par an, Hérault et Lozère : en moyenne tous les 1 à 2 ans)**.Les régions de montagne sont plus fréquemment touchées par les orages que les plaines : le relief tend à bloquer le déplacement des nuages, l'air se soulève et provoque un renforcement de l'activité orageuse. Cela a pour conséquence une augmentation des précipitations sur le versant des reliefs exposé au vent.

Cartes de la fréquence d'apparition d'épisodes pluvieux ayant apporté plus de 80, 100, 150 ou 200 mm en une journée sur au moins un point de mesure par département.

Pour aller plus loin : Notre article sur l'évolution des épisodes méditerranéens dans le contexte du changement climatique

* 1 mm = 1 litre d'eau/m2** Source site Pluies extrêmes

Épisodes méditerranéens et pluies cévenoles

Trois à six fois par an en moyenne, de violents systèmes orageux apportent des précipitations intenses sur les régions méditerranéennes. L'équivalent de plusieurs mois de précipitations tombe alors en seulement quelques heures ou quelques jours.Les épisodes méditerranéens sont liés à des remontées d'air chaud, humide et instable en provenance de Méditerranée qui peuvent générer des orages violents parfois stationnaires. Ils se produisent de façon privilégiée en automne, moment où la mer est la plus chaude, ce qui favorise une forte évaporation.

Le terme "cévenol" est souvent employé abusivement pour caractériser tout épisode apportant des pluies diluviennes sur les régions méridionales. S'il est vrai que le massif des Cévennes est réputé pour l'intensité des épisodes qui l'affectent (d'où le qualificatif), des situations fortement pluvieuses frappent tout l'arc méditerranéen et sont donc loin d'être exclusivement "cévenoles".

Des situations météorologiques particulières

Les situations météorologiques génératrices de fortes pluies sur les régions méditerranéennes sont de deux types :

Celles où l'influence du relief est prépondérante : l'exemple cévenol illustre parfaitement l'influence du relief sur les régimes de précipitations. Lorsque qu'une masse d'air chaud et humide, poussée par des vents de basses couches, vient buter contre une barrière montagneuse, elle se soulève le long du relief. Avec l'altitude, elle se refroidit et la grande quantité de vapeur d'eau qu'elle contient se condense avant de finir par retomber sous forme de fortes précipitations. Les Cévennes ne sont pas le seul relief proche de la mer: des précipitations avec forçage orographique concernent également les Pyrénées, les Alpes ou la Corse.Le dernier épisode cévenol majeur date de novembre 2011*, où en 5 jours (du 1er au 5), les cumuls ont atteint les 1000 mm** sur l'Ardèche.

Les situations orageuses liées exclusivement aux conditions météorologiques : ces systèmes orageux ne couvrent alors pas forcément des zones très étendues, mais génèrent de très fortes intensités de précipitations (dépassant souvent les 100 mm/h). Ils peuvent parfois se régénérer (on parle alors de cellules stationnaires) en créant une vaste bulle d'air froid de surface, qui agit alors comme un relief en soulevant la masse d'air toujours au même endroit.De tels épisodes ont été observés par exemple le 22 septembre 1993 à Aix-en-Provence, le 6 septembre 2010 à Cavaillon, le 1er décembre 2003 à Marseille, le 29 septembre 2014 et le 23 août 2015 à Montpellier.

Quelques épisodes parmi les plus violents et les plus marquants des trois dernières décennies* :

-    Le 3 octobre 1988 à Nîmes : 420 mm** tombent en moins de 12 heures, c'est-à-dire l'équivalent de 6 mois de pluie, concentrés sur Nîmes.

-    Le 22 septembre 1992 à Vaison-la-Romaine : ce sont près de 300 mm (l'équivalent de 3 à 4 mois de précipitations) qui se sont déversés en 5 heures seulement en amont de Vaison-la-Romaine, provoquant une crue éclair de l'Ouvèze.

-    Le 26 septembre 1992 : 129 mm en 2h30 à Granès près de Rennes-les-Bains dans la haute-vallée de l'Aude et 292 mm mesurés à Narbonne.

-    Toussaint 1993 : 906 mm en 2 jours sont relevés au Col de Bavella en Corse du Sud don 780 mm le 31.

-    Le 12 novembre 1999,  inondations de l'Aude : la zone la plus sévèrement touchée est la région des Corbières où il est tombé à Lézignan 620 mm en 36 heures (soit plus des 2 tiers d'une année habituelle de pluie).

-    Le 8 septembre 2002 dans le Gard : 687 mm à Anduze en moins de 36 heures (les 2 tiers d'une année habituelle de pluie).

-    15 juin 2010 dans le Var : 461 mm à Lorgues, près de Draguignan en moins de 12 heures (soit l'équivalent de la moitié de ce qui tombe habituellement en une année).

-    L'automne 2014 s'est distingué par la persistance remarquable de situations fortement perturbées sur les départements méditerranéens, des Cévennes et de la Côte d'Azur conduisant à  un nombre record d'épisodes (depuis 1958) entre le 16 septembre et le 30 novembre (9 épisodes).

-    Le 3 octobre 2015, l'ouest des Alpes Maritimes est touché : 195 mm à Cannes dont 175 en 2 heures et 178 mm à Mandelieu dont 156 mm en 2 heures. Cet épisode démontre que ce n'est pas seulement la hauteur totale des précipitations qui importe, mais aussi les intensités maximales atteintes et la vulnérabilité des territoires concernés.

*  Source site Pluies extrêmes** 1 mm = 1 litre d'eau/m2