Section 3 Précipitations
Les précipitations constituent le point de départ des flux d’eau sur les continents. Elles englobent toutes les formes d’eau atmosphérique tombant sur la surface terrestre, qu’elles soient liquides (pluie) ou solides (neige, grêle). La quantité et la répartition des précipitations dépendent de nombreux facteurs, tels que la topographie, la circulation atmosphérique et la latitude. Par exemple, les régions équatoriales, où l’air humide monte et se refroidit rapidement, reçoivent des pluies abondantes, tandis que les zones désertiques, caractérisées par un air sec descendant, sont peu arrosées.
Cette séquence décrit les mécanismes de formation des précipitations et les méthodes pour spatialiser les précipitations, en précisant leurs avantages et inconvénients.
Objectifs d’apprentissage :
Analyser les processus de formation des précipitations dans les nuages (coalescence, effet Bergeron) et leur lien avec les conditions atmosphériques de pression et de température.
Appliquer les méthodes principales pour estimer les précipitations sur un bassin versant, notamment la moyenne arithmétique, les polygones de Thiessen, les isohyètes, l’inverse distance et le gradient d’altitude.
3.1 Des nuages aux précipitations
Dans cette partie, on explique comment l’eau dans les nuages se transforme en précipitations. L’eau peut exister sous forme solide, liquide ou gazeuse dans un nuage, et ces phases dépendent de la température et de la pression, notamment de l’altitude. Les nuages peuvent être chauds ou froids selon leur altitude. Les précipitations se produisent lorsque les gouttes d’eau deviennent trop lourdes pour être soutenues par les courants ascendants. Leur poids dépend de leur diamètre, qui varie de quelques microns à plusieurs millimètres. Deux mécanismes principaux favorisent la formation de gouttes : la coalescence, où les gouttelettes se fusionnent, et l’effet Bergeron, où l’eau surfondue se transforme en glace en se déposant sur un cristal de glace, ce qui fait croître le cristal et entraîne la chute des précipitations. Ce processus est essentiel pour la formation de neige, pluie verglaçante, et autres types de précipitations.
3.2 Spatialisations des précipitations
La spatialisation des précipitations est un élément essentiel dans le domaine de l’hydrologie, notamment pour des applications telles que la gestion des ressources en eau, la modélisation des crues, l’évaluation des risques de sécheresse, ou encore les études de l’impact climatique. En effet, les précipitations sont un phénomène extrêmement variable dans le temps et l’espace. Une estimation précise et spatialement représentative des précipitations est cruciale pour la précision des modèles hydrologiques, car elle influe directement sur la qualité des simulations des débits, de l’infiltration, de l’évapotranspiration et des bilans hydriques.
La nécessité de spatialiser les précipitations découle de leur distribution hétérogène : des orages locaux, des reliefs ou des microclimats peuvent provoquer des variations significatives dans les précipitations à des échelles relativement petites. Ainsi, pour des applications hydrologiques à l’échelle locale ou régionale, l’utilisation de données précipitations moyennes obtenues par des réseaux de stations est souvent insuffisante, car elles ne capturent pas ces variations fines.
Pour réaliser une telle spatialisation, plusieurs méthodes existent, allant des approches statistiques aux méthodes plus sophistiquées basées sur des modèles numériques. Dans les vidéos suivantes, on présente quelques techniques courramment utilisées.
3.2.1 Méthode de la moyenne arithmétique
Cette méthode est la plus simple et consiste à moyenner les informations ponctuelles de précipitations
3.2.2 Méthode de Thiessen
Cette méthode est très utilisée en hydrologie opérationnelle. Contrairement à la méthode arithméique qui donne un poids égal à tous les pluviomètres, on pondère ici la moyenne en fonction des zones d’influence de chaque pluviomètre. La vidéo présente comment on détermine les poids de chaque pluviomètre.
3.2.3 Méthode des isohyètes
Cette méthode est souvent utilisée pour élaborer des cartographies de précipitations moyennes. La vidéo présente comment on détermine ces isohyètes.
3.2.4 Méthode inverse distance weighting (IDW)
Cette méthode, comme la méthode de Thiessen cherche à pondérer les informations des différents pluviomètres sur le territoire. Contrairement à la méthode de Thiessen, la détermination de la pluie en un point va dépendre de l’information de pluie de l’ensemble de tous les postes pluviométriques.
3.2.5 Méthode du gradient d’altitude
D’une façon générale mais avec des variabilités notables en fonction du contexte géographique, la pluie est liée à l’altitude. Cette méthode s’appuie sur une mise en équation de la relation pluie - altitude sur le territoire et exploite ensuite les informations d’altitude pour déterminer en tout point du bassin versant la précipitation.
3.3 Exercice sur la spatialisation des précipitations
On se propose d’appliquer les différentes méthodes de spatialisation de pluie sur le territoire du bassin versant de l’Orbieu. La carte interactive ci-dessous indique la position des postes pluviométriques et la position de la ville de St-Pierre-des-Champs.