Marc Vandiepenbeeck (climatologue I.R.M.)
Introduction
Si recueillir de l’eau de pluie dans un récipient semble une opération élémentaire, mesurer la quantité de pluie est nettement mois simple. Et si on pense à la neige, c’est encore plus difficile à mesurer.
Il y a une trentaine d’année, j’ai participé à un colloque sur les pluviomètres et les problèmes de mesures. Cela se passait à l’ETH (Eidgenössische Technische Hochschule - École polytechnique fédérale) à Zurich : International workshop on precipitation measurement). Il en a résulté que la mesure de la pluviométrie est très compliquée. L’organisateur a étudié la plupart des pluviomètres et des pluviographes utilisés dans les pays membres de l’OMM.
La position
L’idéal est de mettre le pluviomètre au raz du sol dans un trou d’environ un mètre de diamètre (voir Figure 1). Au niveau du sol, la vitesse du vent est nulle. Il s’ensuit que toutes les gouttes d’eau vont tomber dans le pluviomètre car il n’y a pas de déviation due aux turbulences au niveau de l’ouverture du pluviomètre (voir Figure 2. Comme la vitesse du vent augmente en fonction de la hauteur au-dessus du sol, il en résulte que plus le pluviomètre est haut, au plus il y a de la perte d’eau dans le pluviomètre.
L’étude suisse a montré que les pluviomètres belges et suédois étaient les meilleurs. La raison : la présence d’un cône de Nipher. Le but du cône de Nipher (voir Figure 3 et Figure 4) est de réduire au maximum la turbulence due au vent des pluviomètres situés un peu en hauteur : on ne peut pas imposer aux observateurs de se mettre à genou pour faire la mesure de la pluie chaque jour par n’importe quel temps. Une étude de R Sneyers a montré que le pluviomètre avec cône de Nipher recueillait 3 % de moins de pluie que celui situé au niveau du sol.
Lors du colloque, il a été montré que l’environnement avait aussi de l’importance. Un site complètement ouvert n’est pas l’idéal. Les mesures faites dans un endroit complètement ouvert montraient des déficits importants par rapport à un pluviomètre de référence considéré comme idéalement placé. Deux situations particulières : un pluviomètre entouré de palissades haute de 1 m et éloignée de 5 m du pluviomètre, l’autre la palissade est haute 2 m et éloignée de 10 m. C’est cette situation qui était la meilleure.
La règle généralement utilisée à l’IRM est que les obstacles doivent être à une distance du pluviomètre d’au moins 1,5 fois leur hauteur. Donc un mur de 1 m de haut doit être à 1,5 m du pluviomètre. Ces conditions ne sont pas toujours faciles à respecter, on en est bien conscient.
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L’appareil
1. Le pluviomètre
Généralement, les pluviomètres sont réalisés dans un alliage ou du PVC. Le caractère métallique de l’alliage fait que le pluviomètre a une capacité thermique importante. Par temps très chaud et surtout par temps très ensoleillé, il peut être très chaud. Si c’est le quand il commence à pleuvoir, il peut y avoir une évaporation très importante ce qui entraine une perte d’eau à mesurer.
La forme du pluviomètre à également une importance. Si le pluviomètre a une grande surface, il y aura plus de perte par évaporation et par mouillage avant que la première mesure puisse être opérée.
Ce problème de mouillage et d’évaporation est également valable pour les pluviomètres à auget basculants et les pluviomètres de pesée.
2. Les pluviographes
Il existe plusieurs types de pluviographes. Le premier est représenté dans la Figure 5.
Dans cet appareil, l’eau qui arrive dans l’ouverture de l’instrument est amener dans un petit réservoir que l’on voit sur la droite de la Figure 5. Dans ce réservoir, il y a un flotteur. Sur la tige du flotteur, il y a un bras au bout duquel on peut voit une plume et un réservoir d’encre. Quand l’eau remplit le réservoir, l’eau fait monter le flotteur et la plume laisse une trace sur le papier placer sur un tambour qui fait un tour en 24 h. sur le côté du réservoir il y a un siphon qui s’enclenche quand le réservoir est plein. Cela entraine une vidange du réservoir et le processus de mesure continue ? Cela est bien visible sur le pluviogramme représenté sur la Figure 6.
Sur la figure 5, on peut remarquer en dessous du système d’enregistrement deux lampes. Quand il y a un risque de gel, on les allume pour que la chaleur dégagée par ces lampes retarde le blocage du système quand il gèle.
3. Le pluviomètre OTT
Le pluviomètre OTT PLUVIO 2 à principe de pesée est utilisé à l’IRM, pour tout type de précipitations. Peu importe les conditions climatiques, bruine, neige fondue, grêle ou neige, la fiabilité et la précision du nouveau pluviomètre OTT Pluvio2 permettent de mesurer à la fois le cumul et l'intensité de tout type de précipitations.
Il tient compte de paramètres extérieurs tels que la température et le vent qui pourraient influer sur les résultats.
4. Les pluviomètres à augets
Les pluviomètres à augets basculants voir Figure 7 sont souvent utilisés dans des stations tenues par des amateurs de météorologie. Ces instruments sont inopérants en cas de gel. Lorsqu’il a neigé, la neige s’accumule dans l’entonnoir et si elle est abondante, le surplus risque de ne pas rester au-dessus de l’entonnoir. Si le gel dure longtemps, une grande partie de la neige va sublimer et donc on a encore une perte importante. Ensuite le reste va apparaitre dans les mesures lors du dégel soit un certain laps de temps après les chutes de neige.
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5. La neige
La neige doit être mesurée quand on a de la neige fraiche. La simple mesure de la hauteur de la neige fraiche est une approximation considérant qu’un cm de neige fraiche est équivalent à un mm de pluie.
Pour mesurer la neige on utilise un nivomètre (voir Figure 8). Cet instrument a la même surface que le pluviomètre 1 dm² d’ouverture mais son volume est plus important du fait que la neige est 10 fois plus volumineuse que l’eau qu’elle contient. L’observation du matin se fait en remplaçant le nivomètre avec de la neige par un vide. On l’amène dans une pièce légèrement chauffée pour éviter une évaporation trop importante et quand la neige est fondue, on mesure la quantité d’eau comme pour un pluviomètre. L’inconvénient est qu’il y a un mouillage important.
En gros, les problèmes du pluviomètre vont se retrouver avec le nivomètre sauf l’évaporation à la suite d’un instrument surchauffé.
Il s'agit de l'un des sites de recherche en plaine instrumentés dans le cadre du projet KTP. Comme vous pouvez le voir, ce site comporte de nombreux pluviomètres différents installés au niveau du sol dans une fosse (grille métallique grise au centre de l'image) et au-dessus du sol.
La vitesse du vent et d'autres paramètres météorologiques ont également été mesurés à 0,5 m et à 2 m au-dessus du sol.
Les pluviomètres à fosse ont servi de référence pour la mesure des précipitations.
Trois autres sites en Angleterre et en Écosse disposaient d'installations similaires, toujours avec un pluviomètre à fosse utilisé comme mesure de référence.