Pluviomètre - Définition

Introduction

Pluviomètre

Le pluviomètre est un instrument météorologique destiné à mesurer la quantité de précipitations (surtout la pluie) tombée pendant un intervalle de temps donné. On présuppose que l'eau des précipitations est uniformément répartie et qu'elle n'est pas sujette à évaporation. Le résultat de la mesure s'exprime en millimètres ou bien en litres par mètre carré. Ainsi, 1 mm d'eau récupérée dans le pluviomètre équivaut à 1 litre d'eau de pluie tombée sur 1 m², selon la masse volumique de l'eau. En agriculture il est préférable de dire que cela correspond à 10 m³ d'eau de pluie tombée sur 1 ha.

Le pluviographe est un pluviomètre comprenant un dispositif d'enregistrement continu de la hauteur d'eau des précipitations.

Histoire

Les premières mesures des quantités de pluie connues ont été faites par les Grecs vers 500 av. J-C.. Cent ans plus tard en Inde, les gens utilisaient des bols pour recueillir l’eau de pluie et la mesurer. Dans les deux cas, la mesure de pluie aidait à estimer le rendement futur des cultures.

Dans l’ouvrage Arthashâstra utilisé dans le royaume de Magadha, des normes avaient été établies pour la production céréalière et chaque grenier de l’État possédait un tel pluviomètre aux fins de taxation. En Palestine, à partir du IIème siècle av J.-C. des écrits religieux mentionnent la mesure des pluies pour des besoins agricoles.

En 1441 en Corée, le premier pluviomètre standard en bronze, appelé « Cheugugi », a été développé par le scientifique Jang Yeong-sil pour usage à travers un réseau couvrant tout le pays.

En 1639, Benedetto Castelli, disciple de Galilée, effectua les premières mesures de précipitations en Europe pour connaître l’apport en eau d’un épisode pluvieux pour le lac de Trasimène. Il avait étalonné un récipient en verre cylindrique grâce à une quantité d’eau connue et repéré le niveau correspondant sur le cylindre. Il avait ensuite exposé le récipient à la pluie et marqué toutes les heures, par un repère, le niveau atteint par l’eau.

En 1662, l’anglais Christopher Wren, mit au point le premier pluviomètre à augets, ou pluviographe, qu’il associa l’année suivante à un météographe, un appareil qui enregistre plusieurs paramètres météorologiques tels que la température de l’air, la direction du vent et les précipitations. Son pluviomètre était constitué d’un entonnoir récepteur et de trois compartiments qui récupéraient chaque heure à tour de rôle les précipitations. En 1670, Robert Hooke utilise lui aussi un pluviomètre à augets.

Avec le développement de la météorologie, la prise de mesures des différents paramètres de l’atmosphère se répand. Les pluviomètres se perfectionnent mais les principes de base demeurent les mêmes. En France, l’association météorologique créée par Urbain Le Verrier diffuse le pluviomètre « Association ». Divers pluviomètres et pluviographes ont suivi ceux à augets basculants. Mentionnons les pluviomètres enregistreurs à flotteurs, utilisés à partir du XIX^e siècle, et les pluviomètres à balance.

Types

Pluviomètre à lecture directe

Les pluviomètres étaient à l’origine manuels, c’est-à-dire qu’un technicien en météorologie devait venir relever régulièrement la hauteur de pluie tombée et vider l’appareil. Aujourd’hui, ils sont souvent dotés de senseurs électroniques qui permettent d’enregistrer en continu et à distance les données. Cependant, les pluviomètres manuels sont encore utilisés par des amateurs ou les observateurs volontaires de réseaux climatologiques. Il existe quatre types de pluviomètres/pluviographes : à cylindre gradué (dit à lecture directe), à auget basculeur, à balance (ou de Fisher et Porter) et optique.

Pluviomètre à lecture directe

Le pluviomètre standard a été développé au tournant du XX^e siècle et consiste en un cylindre gradué dans lequel le collecteur se déverse. Dans la plupart de ces pluviomètres la graduation est à chaque 0,2 mm jusqu’à 25 mm. S’il tombe trop de pluie dans l’appareil principal, le surplus est dirigé vers un autre récipient.

Lors de la prise de mesure, le technicien note la hauteur atteinte sur le cylindre pour connaître la quantité de pluie tombée. S’il y a de l’eau dans le récipient de surplus, il doit la transvider dans un autre cylindre gradué pour l’ajouter à la mesure. Le technicien doit vider le pluviomètre entre chaque lecture.

Étalon

Un tel pluviomètre est dit « normal » ou « étalon » quand il est approuvé comme étalon au niveau national.

Totalisateur

Les pluviomètres utilisés dans les stations peu souvent visitées, comme une station de montagne, contiennent de l'antigel et un liquide comme de l'huile empêchant l'évaporation de l'eau. Ils sont de plus grande capacité car les relevés peuvent être faits hebdomadairement ou mensuellement.

Pluviomètres/Pluviographes

Pluviographe enregistrant les données de précipitations d'un pluviomètre à augets basculeur

Les pluviomètres ci-dessous sont tous munis d'un système d'enregistrement. À l'origine, le pluviographe était un stylet inscrivant en continu les données - hauteur de précipitations et temps écoulé - sur un papier gradué se trouvant près de l'appareil. (Voir image ci-contre.) Par la suite, le signal provenant du pluviomètre a été transmis par fil à un enregistreur similaire situé dans le bureau du technicien en météo prenant les relevés. Ceci permettait à ce dernier de faire des observations plus rapidement et à n'importe quel moment sans avoir à chaque fois à se déplacer à la station météorologique.

Les données sont maintenant envoyées à un enregistreur numérique qui peut transmettre ces informations à un réseau de distribution d'utilisateurs. Cela permet l'utilisation de stations météorologiques automatiques. Ces données peuvent être traitées pour donner les taux instantanés de précipitations, horaires, quantité totale, etc.

À auget basculeur

Le collecteur dirige la pluie vers une sorte de petite balançoire tape-cul formée de deux réceptacles métalliques, ou augets, de petite taille de part et d’autre d’un axe horizontal. La contenance de ces réceptacles est équivalente à 0,1, 0 2 ou 0,5 mm d’eau, selon la précision de l’appareil. Il y a toujours un auget à l’horizontale et vis-à-vis de la sortie du collecteur, l’autre fait un grand angle vers le bas. L’eau s’accumule dans celui à l’horizontale qui bascule quand il a atteint le poids nécessaire, et se décharge de son eau par gravité. La quantité de précipitations est mesurée par le nombre de basculements effectués par les augets, détecté par un système mécanique ou optique.

Mécanisme d’un pluviomètre à augets basculants

Extérieur d’un pluviomètre à augets basculants où l'on voit la petite ouverture de l'entonnoir

Dans le système mécanique, l’auget en réserve est en contact avec une tige métallique et ferme donc un circuit électrique. En basculant, c’est l’autre auget qui ferme ce circuit. Le passage d’un contact à l’autre était noté sur le graphique du pluviographe. Dans un système optique, l'auget qui bascule coupe un faisceau lumineux ce qui sera enregistré par une diode optique et fera le décompte. Comme dans le cas des pluviomètres à balance, un système de chauffage peut faire fondre la précipitation et permettre de mesurer l’équivalent en eau de neige tombée. Ce système est même nécessaire si l’appareil est utilisé en saison froide.

L’avantage de ce pluviomètre est de mesurer le taux de précipitations en plus de la mesure totale, ce qui indique l’intensité de celles-ci. Cependant, quand le taux de précipitations est trop grand, par exemple 400 mm/heure, l’ouverture du collecteur peut ne pas être assez grande et on obtient un effet de cumul dans l’entonnoir, ce qui fausse le taux sans changer l’accumulation totale. Dans la bruine, le taux de précipitations est souvent trop faible pour être rapporté également. Certains algorithmes ont été développés pour tenir compte de ces limitations de l’appareil.

Le pluviomètre à augets n’est pas aussi précis que celui à mesure directe, car si la pluie se termine avant que l’auget horizontal ne soit plein, l’eau dans celui-ci ne sera pas comptée. Pire, une saute de vent peut le faire basculer plus tard et donner une fausse accumulation alors qu’il n’y a pas de pluie.

À balance

Pluviomètre de Fisher et Porter

À la place d’un cylindre gradué, le pluviomètre à balance, ou de Fisher et Porter, reçoit la pluie dans un récipient relié à une balance. Une fine couche d’huile est mise dans le récipient avant usage. Celle-ci flottera sur l’eau de pluie venant du collecteur, empêchant son évaporation. Quand l’appareil est presque plein, une valve permet de le vider automatiquement. Durant les mois d'hiver, de l’antigel sera également ajouté pour que l'eau ne gèle pas.

La variation de la masse d’eau dans le récipient est transformée en équivalent de millimètres d’épaisseur selon la densité de l’eau. Les modèles primitifs faisaient cette transformation en déplaçant la pointe d’un stylet sur un papier graphique spécialement gradué à cet effet. Avec l’avènement de l’électronique, les données sont recueillies par un senseur et transformées en valeur numériques directement dans un enregistreur de données.

Ce type de pluviomètre mesure toute la pluie tombée et peut mesurer les précipitations solides, comme la neige et la grêle, s’il est muni d’un système de chauffage. Cependant, il est plus dispendieux que le pluviomètre à lecture directe et demande plus d’entretien que celui à augets basculants.

Optique

Le pluviomètre optique est formé d’un collecteur en entonnoir sous lequel se trouve une photodiode ou une diode laser. La précipitation est mesurée par détection d’irrégularités optiques. L'entonnoir dirige les gouttes dans le volume d’échantillonnage au sein du faisceau lumineux. En détectant l’intensité des scintillations, on peut alors déterminer le débit de la précipitation électroniquement.