Precipitation

Précipitation

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Répartition mensuelle des précipitations sur Terre

En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation à l'intérieur des nuages, sont devenus trop lourds pour demeurer en suspension dans l'atmosphère et tombent au sol.

Sommaire

Types

Type de la précipitation selon la structure thermique (bleu sous zéro degré Celsius et rouge au-dessus)

La fréquence et la nature des précipitations dans une région géographique donnée sont des caractéristiques importantes de son climat. Elles contribuent de façon essentielle à la fertilité et à l'habitabilité des zones tempérées ou tropicales ; dans les zones polaires, elles aident au maintien des calottes glaciaires. La précipitation peut prendre les formes suivantes (parfois mélangées):

Liquide:

Solide:

Dans les rapports d'observation météorologique, le type de précipitation s'accompagne d'une indication d'intensité (légère, modérée, ou forte), ainsi que d'une mesure de la visibilité au travers de la précipitation. Les rapports d'observations indiquent aussi le caractère temporel de la précipitation : si son intensité varie rapidement et s'accompagne d'éclaircies, la précipitation est appelée une averse.

Mécanismes de formation des précipitations

Condensation et coalescence sont importantes dans le cycle de l'eau.

Condensation

Les gouttes commencent à se former dans de l'air généralement au-dessus du point de congélation quand l'air soulevé devient légèrement sursaturé par rapport à la température environnante. Pour cela il faut cependant des noyaux de condensation, poussières ou grain de sel, sur lesquels la vapeur d'eau se dépose. La solution chimique obtenue abaisse la tension de surface nécessaire pour former une goutte[1].

Il y a d'abord formation de très fines gouttes qui donnent le nuage. À mesure que ces gouttes montent, elles passent sous le point de congélation mais resteront surfondues s'il n'y pas présence de noyaux de congélation[1]. Ces derniers sont beaucoup moins disponibles que les noyaux de condensation.

À mesure qu'elles augmentent de diamètre, un second processus doit intervenir, la coalescence, afin d'atteindre un diamètre suffisant pour former des gouttes de pluie. En effet, les gouttelettes formées par condensation n'atteignent que quelques dizaines de microns dans le temps nécessaire habituellement pour donner de la pluie[2].

Coalescence

La coalescence est l'amalgamation de deux ou plusieurs gouttelettes par collision pour en former une plus grosse. Les gouttelettes croissant à des vitesses différentes, selon la concentration de vapeur d'eau, elles se déplaceront à une vitesse différente qui est reliée à leur diamètre et au courant ascendant. Les plus grosses bougeant plus lentement captureront les plus petites en montant puis lorsqu'elles ne peuvent plus être soutenues par le courant, elles redescendront et poursuivront leur croissance de la même façon[2].

Effet Bergeron

L'effet Bergeron, de son découvreur Tor Bergeron, est le plus efficace des processus de formation des gouttes de pluie ou de neige. Lorsque des cristaux de glace se forment finalement par congélation de gouttelettes, ils ont une pression de saturation moindre que celle des gouttelettes environnantes. Les gouttelettes s'évaporent donc et la vapeur d'eau va se déposer sur les cristaux[3].

Ces cristaux finiront également par tomber et entreront en coalescence avec d'autres pour former des flocons de neige. Ils captureront également par coalescence des gouttes ce qui les givrera si la température est sous zéro degré Celsius. Si la température de l'atmosphère est partout sous zéro au-dessus du sol, on aura de la neige. Par contre, si le niveau de congélation n'est pas au sol ou s'il y a des couches au-dessus du zéro en altitude, on aura une variété de types de précipitations: pluie, pluie verglaçante, grésil, etc.

Modes de formation des précipitations

Précipitation orographique

Pour que des gouttelettes d'eau se forment et donnent un nuage puis de la précipitation, il faut un mécanisme pour amener l'air à saturation. À moins que l'air ne se refroidisse par un mécanisme d'advection d'air froid ou de transfert radiatif, comme dans le cas de la formation du brouillard, c'est par soulèvement que cela se produit. Outre leur phase, on distingue donc deux types de précipitations en fonction du mécanisme qui cause le mouvement vertical :

1) Les précipitations stratiformes qui viennent du soulèvement lent et à grande échelle de l'humidité qui se condensent uniformément. Comme exemple:

  • les précipitations synoptiques, causées par les dépressions des latitudes moyennes.
  • les précipitations côtières qui ont lieu à proximité des littoraux et ont pour cause le soulèvement de l'air humide provenant de l'océan par les aspérités du continent.
  • les précipitations orographiques où le relief force les masses d'air à s'élever: les versants au vent sont alors très pluvieux, les versants sous le vent sont plus secs. Le foehn est une illustration de ce phénomène.


2) Les précipitations convectives résultent de la brusque élévation de masses d'air chargées d'humidité, par la poussée d'Archimède, à cause de l'instabilité de l'air. Comme exemple:

  • les orages et averses isolés ou organisés.
  • les précipitations des zones de convergence où les orages se développent parce que l'air instable et humide peut se concentrer et convecter avec le réchauffement diurne. Par exemple, on retrouve cela dans la zone de convergence intertropicale et à l'avant des fronts froids.
  • les précipitations cycloniques où les précipitations convectives généralisées sont engendrées par l'organisation des cyclones tropicaux.

Ces deux types de précipitations ne sont pas mutuellement exclusives cependant. En effet, il peut y avoir des zones instables dans une masse de pluie ou de neige stratiforme ce qui donnera lieux à des averses plus fortes dans ces secteurs. De la même façon, on peut obtenir par soulèvement des conditions instables. Par exemple, des vents remontant une pente peuvent faire dépasser le niveau de convection libre à la parcelle d'air soulevée et donner un orage.

Ensemencement

Article détaillé : Ensemencement des nuages.

Il est possible de déclencher artificiellement des précipitations en dispersant sur un nuage de la poussière d'iodure d'argent. Ceci est équivalent à introduire des noyaux de congélation ce qui accélère la formation de cristaux de glace et amène l'effet Bergeron cité précédemment. C'est un moyen de limiter la taille des grêlons également en créant plus de compétition pour la vapeur d'eau disponible.

La technique est très efficace en laboratoire, mais dans la nature, son efficacité est limitée selon Jean-Louis Brenguier, chef du groupe de météorologie expérimentale à Météo-France, à moins que l'on dépense des sommes très importantes pour suivre le nuage durant toute sa vie. Pourtant, cela n'empêche pas l'Agence des technologies atmosphériques russe d'utiliser cette technique pour disperser des nuages au-dessus de Moscou lors de certaines fêtes et visites officielles ou encore pour limiter la quantité de neige [4].

Déposition

Deux types de dépositions peuvent être recueillis dans un pluviomètre mais ne forment rarement plus qu'une trace d'accumulation:

Dans ces deux cas on ne peut parler de précipitations puisque les gouttelettes se forment ou se déposent sur le sol ou des objets sans tomber.

Chimie

De manière plus générale, en chimie et en métallurgie, la précipitation est la formation d'une phase hétérogène au sein d'une autre phase, par exemple la formation d'un cristal solide dans un liquide, ou bien la formation d'un cristal de composition différente dans un alliage.

Article détaillé : Précipité.

En chimie, une différence est faite en précipitation et cristallisation. La cristallisation est un processus maîtrisé consistant à faire cristalliser un produit lentement, afin de le purifier ou de lui conférer les propriétés désirées (taille de particules, morphisme...). La précipitation est un procédé de cristallisation rapide (par ajout d'un solvant rendant le produit insoluble, en modifiant le pH, ... ). Le produit piège des impuretés ou du solvant dans les cristaux, ceux-ci sont de petites tailles.

Recherche

2007. Selon Xuebin Zhang du Climate Research Division (Toronto, Canada), l'homme des pays développés est le responsable direct de 50 à 85% de l'augmentation des précipitations survenant aux latitudes tempérées (40-70° N). Il a ainsi analysé la pluviométrie par bandes de latitude entre 1925 et 1999. La moyenne a augmentée de 62 mm dans les latitudes moyennes de l'hémisphère nord (Etats-Unis, Europe du Nord, Russie) contre une diminution de 98 mm en moyenne pour les contrées tropicales de l'hémisphère nord (Sahel, Shara). La part de l'homme a été confrontée à différents modèles (avec et sans émissions de gaz à effet de serre et sols sulfatés) pour arriver à la conclusion citée ci-dessus. Le plus grave restant que l'évolution des précipitations a évolué plus rapidement que prévu, tout comme la hausse du niveau des mers. Les projections actuelles sous-évaluent ainsi les risques climatiques à long terme.

Notes et références

  1. a  et b (fr)Condensation, Comprendre la météo, Météo-France. Consulté le 2009-09-12
  2. a  et b (fr)Coalescence, Comprendre la météo, Météo-France. Consulté le 2009-09-12
  3. (fr)Effet Bergeron, Comprendre la météo, Météo-France. Consulté le 2009-09-12
  4. (en) Precipitation enhencement par l'Agence des technologies atmosphériques russe

Voir aussi

Bibliographie

  • Byers, H. R., 1965: Elements of Cloud Physics. University of Chicago Press, 191 pp.
  • Czys, R., et al., 1996: A physically based, nondimensional parameter for discriminating between locations of freezing rain and ice pellets. Wea. Forecasting 11 591-598.
  • Houghton, David D. 1985: Handbook of Applied Meteorology. Wiley Press, New York.
  • Penn, S., 1957: The prediction of snow versus rain. Forecasting Guide No. 2, U.S. Weather Bureau, 29 pp.
  • Rauber, Robert M. et al., 2001: A Synoptic Weather Pattern and Sounding-Based Climatology of Freezing Precipitation in the United States East of the Rocky Mountains. Journal of Applied Meteorology: Vol. 40, No. 10, pages 1724–1747.
  • Rogers, R. R. and M. K. Yau, 1989: A Short Course in Cloud Physics. 3rd Ed., Pergammon Press.

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Liens externes

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