Pluviométrie

Pluviométrie mondiale mensuelle

La pluviométrie est l'évaluation quantitative des précipitations, de leur nature (pluie, neige, grésil, brouillard) et distribution. Elle est calculée par diverses techniques[1]. Plusieurs instruments sont utilisés à cette fin, dont le pluviomètre/pluviographe est le plus connu. L'unité de mesure varie selon que le type de précipitations est solide ou liquide, mais elle est ramenée en millimètre d'équivalence en eau par mètre carré de surface à fin de comparaisons. Toute précipitation de moins de 0,1 mm est qualifiée de trace[2].

La pluviométrie, avec la répartition de la température terrestre, conditionne les climats terrestres, la nature et le fonctionnement des écosystèmes ainsi que leur productivité primaire. Elle est l'un des facteurs conditionnant le développement des sociétés humaines et donc un enjeu géopolitique.

Histoire

L'Homme cherche depuis des siècles à mieux prévoir les pluies, tempêtes et inondations, voire à manipuler le climat par des moyens magiques (danses de la pluie) ou technologiques (pluies artificielles)

Les premières mesures connues des quantités de pluie connues furent faites par les Grecs vers 500 500 av. J.-C. Cent ans plus tard, en Inde, la population utilisait des bols pour recueillir l’eau de pluie et en mesurer la quantité[3]. Dans les deux cas, la mesure de ces quantités d'eau de pluie aidait à estimer le rendement futur des cultures.

Dans l’ouvrage Arthashâstra utilisé dans le royaume de Magadha, des normes furent établies pour la production céréalière et chaque grenier de l’État possédait un tel pluviomètre aux fins de taxation[4]. En Israël, à partir du IIe siècle IIe siècle av. J.-C., des écrits religieux mentionnent la mesure des pluies pour des besoins agricoles[3].

En 1441 en Corée, le premier pluviomètre standard en bronze, appelé « Cheugugi », fut développé par le scientifique Jang Yeong-sil pour usage à travers un réseau couvrant tout le pays[3],[5]. En 1639, l'Italien 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 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[3],[6]. En 1670, l'Anglais Robert Hooke utilisa aussi un pluviomètre à augets[3]. En 1863, George James Symons fut nommé au conseil de la British meteorological society, où il occupa le reste de sa vie à mesurer les précipitations pluvieuses sur les îles Britanniques. Il mit en place un réseau de volontaires qui lui transmettaient des mesures. Symons prit également note de différentes informations historiques sur les précipitations pluvieuses dans les îles. En 1870, il publia un compte rendu qui remonte jusqu'à 1725[7].

Avec le développement de la météorologie, la prise de mesures des différents paramètres de l’atmosphère terrestre se répand. Les pluviomètres se perfectionnent mais les principes de base demeurent les mêmes. En France, l’association météorologique créée par Urbain Le Verrier diffusa le pluviomètre « Association »[3]. De nouveaux instruments se développent au e siècle dont les radars, qui couvrent de large régions, et les satellites qui permettent d'observer la surface terrestre entière au lieu de points précis[8],[9]. L'amélioration de leurs capteurs permettent maintenant de mieux voir les variations fines de pluviométrie sans enlever l'importance des mesures in situ. Depuis quelques décennies, la précision de la prévision pluviométrique s’est améliorée jusqu’au niveau régional puis local (jusqu’au niveau des rues et des quartiers)[10]. L’imagerie satellite et les progrès de la modélisation et de la gestion du big data ont permis des avancées considérables, mais avec des coûts financiers importants.

Développements en cours, prospective

Dans les pays pauvres, certaines régions restent peu couvertes par les radars météorologiques et la prévision météorologique et les agriculteurs, pêcheurs, éleveurs et marins en a pâti[11]. Ceci pourrait bientôt changer grâce à la propagation des réseaux sans fil de téléphonie mobile dans les zones reculées, car la teneur de l’air en eau influe sur la diffusion des micro-ondes qui sont en partie absorbées par l’eau[11]. La technique de l'occultation radio permettait déjà de déduire des informations d’intérêt météorologique dues à l’occultation d’une partie du signal radio envoyé par les satellites vers la terre (Application du GPS en météorologie)[12]. Dès 2006, des chercheurs ont montré que la quantité de précipitations d’une zone peut être évaluée en comparant les changements de puissance du signal entre des tours de communication [13],[14]. Dans ces deux cas, les chercheurs doivent avoir accès à des données qui sont militaires ou de propriété commerciale des sociétés de télécom ou de téléphonie mobile, ce qui a freiné la recherche, mais des expériences récentes faites en Europe et en Afrique montrent d’une part que la météorologie pourrait bénéficier de l’analyse de ces données et de leur intégration dans les modèles de prévisions, et d’autre part que les pays pauvres pourraient bénéficier de prévisions moins coûteuses pour eux[11].

Une « startup » créée le 2 avril 2017 à Boston (Massachusetts), ClimaCell, dit pouvoir combiner des données de signaux hyperfréquences à d'autres données météorologiques pour créer des prévisions immédiates et à haute résolution (au niveau de la rue) avec trois heures à l'avance des quantités tombées et à tomber. Elle mentionne pouvoir peut-être le faire à six heures avant la fin 2017, sur la base d’une méthode encore confidentielle (non publiée dans une revue scientifique évaluée par des pairs)[11]. Cette entreprise lancera commercialement son « produit » aux États-Unis et dans d’autres pays développés, mais projette de rapidement (avant fin 2017) le mettre en place en Inde et dans d’autres pays en développement, potentiellement partout où des gens utilisent des téléphones portables[11], mais elle est en concurrence avec le projet d’un groupe de chercheurs européens et israéliens qui a testé des systèmes multi-échelles qui s’appuient sur la création récente d’un consortium utilisant des logiciels à code source ouvert. Ce groupe coordonné par Aart Overeem (hydrométéorologiste de l'Institut royal météorologique des Pays-Bas) bénéficie d’une aide de presque 5 millions d'euros de la Commission européenne afin de mettre au point un prototype de système de surveillance des précipitations susceptible d’être déployé en Europe et en Afrique. La technologie a été testée avec succès en 2012 aux Pays-Bas[15] et en 2015 à Göteborg (où l'Institut suédois de météorologie et d'hydrologie (SMHI) récolte environ 6 millions de données par jour dans la ville, grâce à la société de télécommunications Ericsson et un opérateur d’émetteur (Tour), ce qui permet une estimation minute par minute des précipitations avec une résolution de 500 mètres sur la ville de Göteborg[11].

Les données uniquement basées sur les micro-ondes tendent à souvent surestimer l’ampleur des précipitations (jusqu’à 200 voire 300 %), mais le consortium dit avoir réussi à corriger ce biais sans avoir besoin de données de référence fournies par des pluviomètres ou radars météorologiques terrestres. En 2012, une équipe dirigée par Marielle Gosset, (hydrologiste de l'Institut français de la recherche pour le développement) a testé avec succès cette solution au Burkina Faso[16] et depuis le développe dans d'autres pays (Niger notamment). Un partenariat avec Orange et un financement de la Banque mondiale et des Nations unies devrait permettre un développement équivalent au Maroc et au Cameroun avant la fin 2017[11].

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