Les Précipitation

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Les Précipitation
Elle constitue un facteur ecologique d’importance fondamentale non seulement pour le
fonctionnement et la répartition des ecosysteme trrestre mais aussi pour certaine ecosysteme
limnique telle les mares et les lacs temporaires et les lagunes saumatres soumises à des
périodes d’assechement.
On disigne sous le tremes générale de pluviométrie, toutes les eaux météoriques qui tombent
sur la surface de la terre, tant sous forme liquide (bruine, pluie, averse) que sous forme solide
(neige, grésil, grêle) et les précipitations déposées ou occultes (rosée, gelée blanche, givre,...).
Elles sont provoquées par un changement de température ou de pression. Leur formation
dépend de la stabilité ou de l’instabilité de l’atmosphère.
Formation des nuages
Sources
L’atmosphère contient toujours plus ou moins de vapeur d’eau. Cette vapeur se refroidit donc
aussi ou se réchauffe suivant le mouvement de toute la masse. Quand la vapeur d’eau atteint
en se refroidissant une température critique appelée point de rosée, elle se condense5 et passe
à l’état liquide. Il se forme alors des nuages, composés de gouttelettes très petites maintenues
en suspension par les courants ascendants (gouttes de quelques centièmes de millimètres de
diamètres). Quand les mouvements d’ascendance sont rapides et transportent les gouttes
nuageuses à de grandes altitudes, ces gouttes deviennent très froides et se transforment en
glace.
Mécanismes de refroidissement
Refroidissement isobare
Il s'agit d'une transformation au cours de laquelle la pression dans les particules ne change
pas. Le paramètre essentiel est le point de rosée td (température à laquelle l'eau se condense).
Le refroidissement est un phénomène de basses couches, on distingue les refroidissements :
Refroidissement par détente adiabatique
Il s'agit d'une transformation au cours de laquelle les échanges de chaleur sont nuls (c'est
souvent une bonne hypothèse à cause de la mauvaise conductibilité de l'air). Le paramètre
essentiel est le point de condensation C.
Il s'agit essentiellement de détentes ou de compressions subies par les particules
atmosphériques au cours de leurs mouvements verticaux. La compression provoque un
réchauffement, la détente un refroidissement. Ce mécanisme de détente adiabatique est à
l'origine de la quasi-formation des nuages.
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Types de précipitations
Il y a trois points importants à se rappeler au sujet des précipitations:
1. À mesure que l’air monte il refroidit.
2. Quand l’air se refroidit, la vapeur d’eau (qui est invisible) se condense. Les nuages
commencent à se former. Les nuages sont faits de petites goutelettes liquides d’eau, qui sont
maintenues en suspension dans l’air par les courants d’air puisqu’elles sont si légères. S’il y a
assez de condensation, les goutelettes dans les nuages vont commencer à se fusionner
ensemble et éventuellement elles vont commencer à tomber à mesure qu’elles deviennent trop
lourdes pour flotter dans l’air. C’est la précipitation. L’air peut être pousser à s’élever de trois
façons:
Les précipitations convectives. Elles résultent d'une ascension rapide des masses d'air dans
l'atmosphère. Elles sont associées aux cumulus et cumulo-nimbus, à développement vertical
important, et sont donc générées par le processus de Bergeron. Les précipitations résultantes
de ce processus sont en général orageuses, de courte durée (moins d'une heure), de forte
intensité et de faible extension spatiale. (Figure 1).
Figure 1 : Les précipitations convectives
Les précipitations orographiques. Comme son nom l'indique (du grec oros, montagne), ce
type de précipitations résulte de la rencontre entre une masse d’air chaude et humide et une
barrière topographique particulière. Par conséquent, ce type de précipitations n’est pas «
spatialement mobile » et se produit souvent au niveau des massifs montagneux. Les
caractéristiques des précipitations orographiques dépendent de l'altitude, de la pente et de son
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orientation, mais aussi de la distance séparant l'origine de la masse d'air chaud du lieu de
soulèvement. En général, elles présentent une intensité et une fréquence assez régulières.
(Figure 2)
Figure 2 : Les précipitations orographiques.
Les précipitations frontales : ou de type cyclonique. Elles sont associées aux surfaces de
contact entre deux masses d'air de température, de gradient thermique vertical, d'humidité et
de vitesse de déplacement différents, que l'on nomme « fronts ». Les fronts froids (une masse
d’air froide pénètre dans une région chaude) créent des précipitations brèves, peu étendues et
intenses. Du fait d’une faible pente du front, les fronts chauds (une masse d’air chaude pénètre
dans une région occupée par une masse d’air plus froide) génèrent des précipitations longues,
étendues, mais peu intenses.(figure 3).
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Figure 3 : Les précipitations frontales
Les différentes formes de précipitation
La pluie : L'eau des mers, des rivières et des plantes s'évaporent sous l'effet de la chaleur du
soleil. Cette vapeur monte dans le ciel et forme des nuages. Les goutelletes d'eau se
regroupent sous l'effet du vent et se rencontrent en formant des gouttes de plus en plus
grosses. Quand les goutelettes d'eaux des nuages deviennent trop lourdes elles retombent sous
forme des précipitations.
La neige Il faut que la température soit à 0°C ou qu'elle soit négative sur toute la hauteur du
nuage pour que se forme la neige.
La grêle C'est dans un type de nuage, le cumulonimbus que naît la grêle. Elle se formme en
haut du nuage à 10 km d'altitude où il fait très froid et les températures sont en -dessous de
0°C, négatives.
Le grésil : Le grésil est un phénomène hivernal. Le grésil est la précipitation en forme de
petites sphères de glace translucide. La couleur de la glace montre qu'elle a été formée par la
solidification lente de gouttes de pluie. Ce type de précipitation se forme quand la structure
thermique de l'atmosphère présente une couche d'air chaud qui surmonte une couche d'air
froid proche du sol. Les flocons de neige tombent dans la couche chaude et fondent
partiellement. Ces gouttes de pluie, en sortant de l'air chaud, traversent l'air froid. La partie de
neige dans les gouttes agit comme des noyaux de congélation et les gouttes arrivent au sol en
forme de petites boules glacées de la taille des gouttes de pluie qui en sont à l’origine.
Le verglas : En certaines occasions, la distribution verticale de la température est telle que la
couche d'air chaud est assez épaisse pour fondre complètement les flocons de neige. Les
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gouttes traversent donc la couche froide sans regeler mais deviennent surfondues. Ils se
refroidissent souvent au-delà du point de congélation et gèlent en contact avec le sol ou
d'autres objets solides, se transforment en glace. Le résultat est un paysage féerique mais
dévastateur pour les plantes et fils électriques, sans
Bruine: précipitations sous forme de très petites gouttelettes d'eau qui semblent flotter.
Bruine se congelant : bruine qui gèle au contact des objets.
Action des conditions hydriques
Si l’on procède des milieux les plus secs vers des milieux d’humidité croissante on peut
distinguer des organismes xérophiles, mésophiles, hygrophiles amphibiens et aqautiques ou
hydrobiontes
Adaptation des plantes à la sécheresse
Morphologiques
Les plus fréquentes se caractérisent par la diminution de l’évaporation, par implantation
systématique des stomates au fond de profondes dépressions, en plus leur fermeture d’une
cuticule cireuse étanche espèce de vernis recouvrant les feuilles de consistance dure et
l’ouverture des stomates au fond des cavités (sclérophillie). Dans de nombreux cas, même les
feuilles sont très épaisses et en forme de raquette, ce qui limite leur rapport surface/volume,
ou encore elles sont remplacé par des phyllodes. Ils arrivent même que les feuilles
disparaissent, phénomène dénommé aphyllie.
Physiologique
L’une des plus remarquables tient en l’apparition d’un type de photosynthèse particulier dit
CAM (voire rayonnement solaire)
Les plantes éphémères ou thérophytes :
Ce sont des plantes qui ont une vie très brève et qui profitent de très petites quantités des
pluies pour germer, croître et donner rapidement des graines souvent à forte longévité. La
vitesse de germination de ces plantes est exceptionnelle. Au Sahara, on a étudié 50 espèces de
plantes éphémères : 14 % ont germés au cours du 1er jour après la pluie, 88 % ont germés dans
les 72 h suivantes. Ces plantes éphémères sont très recherchées par les éleveurs du Sahel à
cause de leur croissance rapide. Le record de développement de ces plantes a été observé chez
Boharia repens dont les nouvelles graines tombent sur le sol moins de 10 jours que la plante
ait germé. Le plus souvent les éphémères sont naines et dépassent rarement 30 à 40 cm de
hauteur. Elles n'ont aucune disposition de limitation de l'évaporation et présentent la même
structure que les plantes des milieux humides. Elles fanent dès que l'eau disparaît.
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- Les plantes dilapidatrices
Ce sont des plantes qui, dans le milieu désertique et malgré l'insuffisance de l'eau dans le sol
et dans l'atmosphère, passent la saison sèche à l'état de vie active sans diminuer leur
transpiration. Il s'agit par exemple de l'amandier. Elles réussissent, grâce à leurs longues
racines et à la bonne conductibilité de leurs vaisseaux, à prélever suffisamment d'eau dans les
couches profondes du sol et à l'acheminer en quantité suffisante dans les organes.
Autres adaptation des plantes aux conditions hydrique
Dans certains forets ombrophiles tropicales où les précipitations sont quasi quotidiennes,
certain plantes terrestre peuvent se développer dans les milieux aquatique, où les racines sont
immergés totalement dans l’eau, comme les écosystèmes mangroves, qui se distinguent par un
sol mal oxygéné, et La respiration des arbres est donc assurée grâce à des organes complexes
développés dans les racines. Par exemple, les palétuviers rouges, qui peuvent vivre dans les
secteurs les plus inondés, poussent vers le haut au-dessus du niveau d'eau avec des racines
échasses. Ils peuvent récupérer l'air par des fentes dans leur écorce appelées lenticelles. Les
palétuviers noirs vivent sur des terrains plus élevés et produisent beaucoup de
pneumatophores (des racines spécialisées qui poussent hors du sol vers le haut comme des
pailles pour la respiration) qui sont couvertes de lenticelles. Ces « tubes pour respirer »
atteignent des tailles de 30 centimètres, bien que quelques espèces en aient qui atteignent plus
de 3 mètres de haut. Il y a quatre types de pneumatophore : échasse, droit, en arceau et en
ruban.
Adaptation des animaux à la sécheresse
Chez les animaux, la résistance à la sécheresse s’accompagne aussi de diverses adaptations
morphologique, ecophysiologiques, et comportementales, destinés à limiter les pertes d’eau
par respiration et excrétion
Chez de nombreux invertébrés vivant dans des biotopes arides, une modification anatomique,
dénommée cryptonnéphridisme, permet la récupération de l’eau contenue dans les fèces par
l’intermédiaire des tubes de Malpighi qui viennent en contact étroit avec le rectum.
Chez les rongeures déserticoles où la vapeur d’eau respiratoire n’est pas exhalé, mais repasse
dans le sang au niveau des fosses ethmoides. Par ailleurs, ces animaux qui ne boivent jamais
assurent leurs besoins hydriques par le seul contenu hydrique de leur alimentation et grâce à
l’eau produite par le métabolisme oxydatif des glucides et des lipides.
Enfin, beaucoup de vertébrés xérophiles évitent les fortes les fortes déperditions d’eau en
s’enfouissant dans des profondes galeries souterraines aux heurs les plus chaudes. De même
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chez de nombreux animaux des zones arides, l’estivation s’accompagne d’une anhydrobiose(
reptiles, amphibiens, insectes et les mollusques).
L’humidité
Hygrométrie : hygro - humidité, métrie mesure - Mesure et étude de l'humidité de l'air.
Humidité absolue
C'est la quantité d'eau, en grammes, contenue, sous forme de vapeur invisible, dans un volume
de 1 mètre cube d'air.
On dira par exemple que l'air a une humidité absolue de 10 g/m3. On constate que la quantité
d'eau que peut contenir l'air, sous forme de vapeur invisible, est limité.
Au-delà de cette limite, on voit apparaître du brouillard et de la condensation. L'eau forme
alors de micro-gouttelettes en suspension dans l'air. On dit que l'air est saturé.
La valeur de saturation (Vs en g/m3) est la quantité d'eau maximum que peut contenir l'air,
sous forme de vapeur invisible, avant l'apparition du brouillard. On constate que cette valeur
de saturation est fonction de la température (t en°C).
T en C°
-5
0
5
10
15
20
25
30
Vs en g/m3
3,2
4,8
6,8
9,4
12,9
17
23
30
Humidité relative ou hygrométrie
On constate que de l'air ayant une humidité absolue de 6 g/m3 et une température de 5°C
semble humide. On pourra voir apparaître des nappes de brouillard, une feuille de papier aura
tendance à ramollir, une lessive ne va pas sécher. Par contre de l'air ayant la même humidité
absolue (6g/m3) et une température de 30°C semble sec, l’air sera limpide, la feuille de papier
sera ferme, voire craquante et une lessive va sécher rapidement.
L'humidité absolue ne suffit donc pas pour décrire la notion d'humidité et la réaction de la
nature et de notre environnement à cette présence d'eau.
Humidité relative (%)= Humidité absolue/Valeur de saturation × 100
L’humidité relative est le rapport, pour une température donnée, entre la quantité d’eau que
contient l’air (humidité absolue) et la quantité maximale qu’il est capable de contenir(valeur
de saturation)
On aime bien exprimer ce résultat en pourcentage. On dit : L’humidité relative est des 60%,
c’est-à-dire que l’air contient 60% de la quantité maximale qu’il est capable de contenir, pour
cette température.
L’évapotranspiration
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L’évaporation et plus particulièrement l’évapotranspiration jouent un rôle essentiel dans
l’étude du cycle de l’eau. La figure suivante représente schématiquement les différents
éléments intervenant dans les processus d’interception et d’évaporation (en italique) et
d’évapotranspiration
L’INTERCEPTION
Une fraction non négligeable de l’eau des précipitations n’atteint jamais le sol. Cette eau est
interceptée par des obstacles au cours du trajet vertical mais aussi horizontal de l’eau. Ce
phénomène se nomme interception. On rappelle que l’interception telle qu’elle est définie par
les hydrologues est liée à l’évaporation à partir des eaux interceptées et qu’il s’agit donc d’une
interception évaporée (que les anglo-saxons appellent sans équivoque interception losses).
L’EVAPORATION ET LA TRANSPIRATION
L’évaporation physique au-dessus des surfaces d’eau libre, des sols dépourvus de végétation
et des surfaces couvertes par de la neige ou de la glace.
• La transpiration des végétaux (évaporation physiologique) qui permet à la vapeur d’eau de
s’échapper des plantes vers l’atmosphère.
En hydrologie, on utilise le terme générique d’évapotranspiration pour prendre en compte la
combinaison de ces deux processus qui ont lieu généralement simultanément dans la situation
d’un sol couvert par de la végétation.
La loi de Dalton se formule ainsi :
E=f(u)⋅(es−ea)
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Avec :
E : taux d'évaporation,
ea : pression de vapeur d’eau effective ou actuelle
es : pression de vapeur d’eau à saturation,
f(u) : constante de proportionnalité
L’évaporation dépend essentiellement de deux facteurs associés à des facteurs
météorologiques (la quantité de chaleur à disposition, la capacité de l’air à stocker de l’eau)
mais aussi de facteurs physiques liés aux surfaces évaporantes.
La notion d’évapotranspiration regroupe l’évaporation directe de l'eau du sol et la
transpiration par les plantes. Sur un sol présentant une couverture végétale, même partielle,
les échanges par transpiration sont quantitativement plus importants que les échanges par
évaporation directe.
On peut distinguer deux principales notions dans l’évapotranspiration :
• l’évapotranspiration de référence (ET0), terme aujourd’hui recommandé pour designer
l’ensemble des pertes en eau par évaporation et transpiration d’une surface généralement
recouverte de gazon de hauteur uniforme, couvrant totalement le terrain, en pleine période de
croissance, recouvrant complètement le sol et abondamment pourvue en eau.
• L’évapotranspiration maximale (ETM) d’une culture donnée est définie à différents stades
de développement végétatif d’une culture donnée, lorsque l’eau est en quantité suffisante et
que les conditions agronomiques sont optimales.
• L'évapotranspiration réelle (ETR) est la somme des quantités de vapeur d'eau évaporées par
le sol et par les plantes quand le sol est à son humidité spécifique actuelle et les plantes à un
stade de développement physiologique et sanitaire réel.
Estimation de l’évapotranspiration potentielle par bac d'évaporation
Une mesure grossièrement approchée de l'évapotranspiration (dite « pan evaporation » par les
anglophones) peut être approchée de manière simplifiée par des mesures réalisées avec un bac
d'évaporation rempli d'eau. En l'absence de pluie, la variation du niveau d'eau dans le bac est
supposée proportionnelle à l'évapotranspiration, car l'eau du bac est soumise aux mêmes
conditions climatiques que les plantes et le sol : rayonnements (solaire), vent, température et
humidité.
Cette relation simple est formulée comme suit :
ET_p = K_{bac} * E_{bac}
ETp l'évapotranspiration potentielle calculée (en mm)
Kbac le coefficient du bac
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Ebac la mesure d'évaporation dans le bac (en mm).
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