Pluie

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Pluie tombant dans une rue de Kolkata en Inde.

La pluie est un phénomène naturel par lequel des gouttes d'eau tombent des nuages ou brouillards du ciel vers le sol. Il s'agit, avec la bruine, la neige, le grésil, la grêle, le givre, les grêlons d'orage... d'une des formes les plus communes de précipitations ou d'hydrométéores sur Terre, et son rôle majeur, si on réunit toutes les formes de pluies douces à violentes, denses à espacées, fines à grossières, légères à lourdes, froides mêlées de neige ou parfois de grêlons à partiellement gelées, tièdes à chaudes, à grosses gouttes ou à fines gouttes, parfois complètement évaporées avant de toucher terre, à gouttes d'eau transparente ou opaque chargée de poussières, sous brumes ou brouillards, entre grains... est prépondérant dans le cycle de l'eau. Elle est aujourd'hui localisée par satellite et suivie en animation cartographique en temps légèrement différé par des radars de précipitations^[1].

Nuages et brouillards chargés d'eau sous une forme pourtant stable en altitude représentent des phases aériennes contenant le produit dispersé de la condensation en micro-gouttelettes d'eau (d'une taille de l'ordre du micromètre jusqu'à 30 μm) de la vapeur d'eau de l'air de préférence chaud et humide sur des noyaux de condensation^[2] La pluie, en réalité initialement la bruine, se forme à partir du moment où l'accrétion des gouttelettes avoisine ou dépasse la taille de 50 μm^[3]. L'accrétion amorcée par association collante se poursuit inéluctablement. La taille des gouttelettes peut alors facilement atteindre le dixième de millimètre, voire de manière catastrophique 4 à 5 mm dans les grosses pluies d'orage. Il existe aussi toutefois des "pluies sans nuages", telles que le serein des milieux maritimes et tropicaux.

On parle de pluie chaude quand les gouttes de pluie se sont entièrement formées dans un nuage au-dessus du point de congélation et de pluie froide quand elles sont le résultat de la fonte de flocons de neige quand l'air passe au-dessus de zéro degré Celsius en altitude. Mais il existe des phénomènes de surfusion hors équilibre thermodynamique, qui expliquent des température de congélation réelle de gouttelettes avoisinant −20 °C. Les vastes "rideaux de pluies", causés par la rencontre ou l'approche d'un front froid, phase aérienne dense et lourde, et/ou d'un front chaud, phase aérienne chaude et humide, plus légère est un cas typique de pluies de front, bien prévisibles en météorologie.

L'eau de pluie est naturellement acide par l'effet de dissolution de dioxyde de carbone ou gaz carbonique acide : le potentiel hydrogène ou pH de l'eau de pluie recueillie dans les pluviomètres est de l'ordre de 5,7^[4].

La fréquence des pluies, apportées par le passage d'air humide maritime, est souvent accrue quasi-exponentiellement par l'obstacle d'un simple relief terrestre, comme de simples collines à des monts plus élevés qui, eux, sont déjà susceptibles d'épuiser toute l'humidité des nuages ou brouillards bas. Ainsi, les mesures pluviométriques spécifiques prouvent qu'à moins de 90 km de Bergen, ville très arrosée à plus de 2 mètre d'eau annuel, de vastes versants pierreux ou sableux, secs et arides, de profondes vallées montagnardes norvégiennes, paradoxalement situées sous les abondantes réserves de glaces des formations glaciaires, ne reçoivent quasiment pas d'eaux de pluie. Les pluies d'orage, aléatoires dans le temps et l'espace, restent souvent très localisées.

Histoire

Au IIIe siècle av. J.-C., dans son traité Sur le feu, Théophraste pense que c’est le choc des nuages contre les montagnes qui produit la pluie.

Formation

Tailles des gouttes d'eau :
A) En réalité, les gouttes d'eau n'ont pas la forme 'classique'.
B) Les gouttes très petites sont presque sphériques.
C) Le dessous des gouttes plus grandes s'aplatit par la résistance de l'air, et donne l'apparence d'un petit pain de hamburger.
D) Les grandes gouttes ont beaucoup de résistance à l'air, ce qui les rend instables.
E) Les gouttes très grandes sont divisées par la résistance de l'air.

L'eau qui forme la pluie provient de l'évaporation de l'humidité qui existe dans la nature et plus particulièrement des grandes étendues d'eau (lacs, mers, etc.). Cette vapeur d'eau se mélange à la masse d'air. Lorsque l'air s'élève à cause des mouvements de l'atmosphère, il se refroidit par détente. La vapeur d'eau contenue dans l'air se condense autour de noyaux de condensation (poussières, pollens et aérosols) lorsqu'une légère sursaturation est atteinte. Ces gouttelettes donnent des nuages^[5].

Dans un nuage chaud, les gouttes d'eau grossissent par condensation de la vapeur d'eau qui les entoure et coalescence avec d'autres gouttelettes^[6]. La pluie est polydisperse : la taille des gouttes varie du dixième de millimètres à quelques millimètres (en moyenne 1 à 2 mm). Aucune goutte ne dépasse 3 mm, au-delà elles se pulvérisent^[7]. Néanmoins, certaines gouttes peuvent dépasser cette taille par condensation sur de grandes particules de fumée ou par des collisions entre les gouttes de régions proches d'un nuage à très forte saturation. Le record atteint (10 mm) a été enregistré au-dessus du Brésil et dans les Îles Marshall en 2004^[8]. Quand elles sont trop lourdes (environ 0,5 mm de diamètre) pour être soutenues par le courant ascendant, elles tombent, formant ainsi une pluie.

Dans un nuage froid, les gouttelettes peuvent rencontrer un noyau de congélation et se transformer en cristaux de glace. Ces derniers grossiront par condensation mais surtout par l’effet Bergeron, soit la cannibalisation des gouttes surfondues les entourant^[9]. Ils finissent eux aussi par tomber en capturant des flocons plus petits pour augmenter leur diamètre. Lorsqu'ils passent dans de l'air au-dessus du point de congélation, les flocons fondent et continuent leur croissance comme les gouttes des nuages chauds. Des variations de température sur le parcours de la pluie peuvent occasionner d'autres formes de précipitations : pluie verglaçante, grêle ou grésil.

Rideau de pluie sous un ciel orageux dont une partie forme de la virga.

Selon l’humidité relative de l'air rencontré sous le nuage, la goutte de pluie peut s'évaporer et seulement une partie atteint le sol. Quand l'air est très sec, la pluie se vaporise entièrement avant d'atteindre le sol et donne le phénomène nommé virga. Cela se produit souvent dans les déserts chauds et secs mais également partout où la pluie provient de nuages de faible extension verticale.

Il est possible de créer des pluies artificielles par nucléation des gouttes d'eau à l'aide d’un produit chimique d’ensemencement dispersé à hauteur des nuages par avion ou fusée. Dans les pays industriels ou développés, le régime hebdomadaire des pluies est modifié par la pollution (qui est moindre le week-end) car celle-ci, notamment lorsqu'elle est riche en aérosols soufrés qui contribuent à nucléer les gouttes d'eau. Les modifications climatiques globales perturbent aussi probablement le régime mondial des pluies mais d'une manière qui n'est pas encore clairement comprise en raison de la grande complexité des phénomènes météorologiques.

Mesures quantitatives

Pluie tombant dans une flaque d'eau.

La mesure de la pluie, appelée pluviométrie, se fait avec un simple appareil nommé le pluviomètre. Cette mesure correspond à la hauteur d'eau recueillie sur une surface plane. Elle s'exprime en millimètres, et parfois en litres par mètre carré (1 litre/m² = 1 mm). On sépare l'intensité de la pluie en pluie faible (trace à 2 mm/h), modérée (2 mm/h à 7,6 mm/h et forte (plus de 7,6 mm/h)^[10]. En station météorologique, cette mesure est faite quotidiennement, à chaque heure ou instantanément selon le programme de la station.

La mesure par pluviomètre est ponctuelle et ne donne que de l'information à une faible distance de la station. Pour connaître les quantités de pluie qui tombent sur une région ou un bassin hydrologique, la mesure par radar météorologique est utilisée. Le faisceau radar est retourné en partie par les gouttes d'eau et en calibrant ce retour, il est possible d'estimer les quantités de précipitations qui tombent sur la région de couverture de l'appareil. Ces données sont sujettes à différents artéfacts qui une fois enlevés peuvent donner une bonne estimation jusqu'à environ 150 km du radar.

Les pluies se caractérisent aussi par leur durée et leur fréquence tout au long de l'année. Ces données sont notamment utilisées afin de dimensionner les réseaux d'assainissement des villes. Pour comparer la pluviosité de régions géographiques différentes, on utilise un cumul annuel de la quantité de pluie. On l'exprime alors en millimètres par an (par exemple, environ 2 500 mm/an en forêt tropicale humide, moins de 200 mm/an dans une zone désertique et le phénomène de la mousson amène de lourdes précipitations qui peuvent engendrer une moyenne annuelle avoisinant les 10 000 mm, concentrés sur quelques mois^[11]).

Qualité et composition des pluies

Dans les régions arides et/ou très polluées où le vent peut soulever beaucoup de poussières naturelles ou artificielles, la pluie peut en rabattre des quantités significatives au sol (ici à Riyadh en mai 2009

Comme les autres hydrométéores (rosée, brume, givre, condensations), l'eau de pluie est initialement réputée pure et légèrement acide ; mais des mesures et analyses chimiques faites principalement pour les composés azotés dès la fin du XIXème siècle, dont en zone tropicale^[12] et le début des années 1900^{[13],[14],[15],[16],[17],[18]} et surtout à partir des années 1950 pour d'autres bons traceurs d'activités humaines tels que le soufre, le chlore ou l'iode ^[19] montrent qu'en se formant et en tombant, la pluie se charge de différents éléments minéraux et polluants (solubilisés, inclus dans les gouttelettes ou collés à leur surface) qui la rendent moins pure et parfois non potable, voire très polluée (pluies acides).
En particulier le début d'une averse est souvent chargé en polluants (lessivage des particules et gaz solubles présents dans l'air traversé par la pluie, s'ajoutant aux molécules déjà éventuellement solubilisées dans les nuages). Très localement certaines conditions peuvent même induire un phénomène dit "pluie de mercure". Les petites pluies suivant une période non-pluvieuses sont également souvent beaucoup plus concentrées en oligoéléments, nitrates^[20], soufre et autres polluants que les fortes pluies (autrement dit par litre d'eau, les contaminants sont bien plus dilués, mais la quantité totale d'apport au sol est aussi un élément important).

De nombreuses études ont montré que les brumes^[21] ou pluies pouvaient contenir des quantités significatives de pesticides^[22],[23]. En France, une première étude de l'Institut Pasteur^{[24],[25],[26]} s'est basée sur un recueil automatique et l'analyse de toutes les pluies tombées durant deux ans (fin juin 1999 à novembre 2001) sur cinq sites (littoral, ville dense, urbain moyen, et zone rurale) en Région Nord-Pas-de-Calais. Sur environ 80 molécules recherchées, plus d’une trentaine ont été trouvées, dont Atrazine, isoproturon et diuron surtout, mais pour des raisons de coûts, le glyphosate et le lindane n'ont par exemple pas été recherchés. De mai à mi-juillet, toutes les pluies contenaient de faibles quantités de pesticides, surtout en zone agricole, mais aussi, à moindre dose sur le littoral ou au centre de Lille où le Diuron était très présent, alors que peu utilisé par l’agriculture (il pourrait provenir des peintures et produits de traitement des toitures (anti-mousse, anti-lichens). Environ la moitié des pluies présentaient des traces des 80 pesticides recherchés, et près de 10 % en contenaient des taux supérieurs à un microgramme /litre. Il n'existe pas de normes de référence pour les eaux de pluies. Si l'on se réfère aux normes "eau potable", 70 % des échantillons de pluies étaient sous le seuil des concentrations maximales admissibles. Cependant, ponctuellement et durant une période réduite des échantillons présentant des valeurs jusqu’à seize fois supérieures à cette référence ont été mesurés ; c'est-à-dire que localement et quelques jours par an, les taux de pesticides semblaient assez élevés dans la pluie pour avoir un effet écotoxique direct^[27]. Seules les molécules solubles dans l’eau ont été recherchées, mais les pluies pourraient en contenir d'autres, adsorbées sur des poussières ou particules fines. La pluie peut aussi contenir des eutrophisants (azote très soluble dans l'eau sous forme de nitrates ; d'origine agricole notamment, mais également industrielle, ou indirectement à partir de l'oxydation par l'Ozone troposphérique des NO2 émiq par le diésel automobile et d'autres processus de combustion). Une forte corrélation entre les teneurs en nitrates et SO4 et NO3 a été notée dans les Vosges^[28].
En lessivant l'air, les pluies contribuent à la pureté naturelle de l'atmosphère, mais peuvent contaminer les eaux de surface où s'abreuvent de nombreux animaux^[29].

Localement, ou dans certaines circonstances (après une tempête de sable), les poussières collectées par la pluie (ou la neige) peuvent être assez abondantes pour la teinter, ou la transformer en pluie de boue ; Les particules riches en oxyde de fer ont pu donner naissance aux légendes de pluies de sang ; Des pluies de sable viennent du Sahara.

En France métropolitaine, la qualité des pluies évolue^[30]. Elle est notamment suivie par le dispositif MERA ^[31]. Dans les années 1990, le pH des pluies était encore nettement acide, variant de 4,7 à 5,5 selon les stations, avec des valeurs plus acides les cinq dernières années de 1995 à 2000^[32].
La déposition d'ions H+, variait de 5 à 25 mg/m²/an, plus élevée dans l'est et le nord de la France et en légère augmentation vers la fin de cette décennie d'observations^[32]. Les taux nitrates dissous dans la pluie sont restés stables (moyenne de 0,2 à 0,3 mg de nitrate par litre de pluie, avec cependant des teneurs beaucoup plus élevées dans le nord du pays (dépôt de 10-400 mg d'Azote/m²/an)^[32]. Les taux d'ammonium ont diminué (tombant à 0,3 à 0,7 mgN/L, mais avec des valeurs plus élevées dans le nord). Avec les fuels désoufrés et le recul du charbon, les sulfates ont diminué, chutant à 0,6 à 0,4 mg de soufre par litre en moyenne^[32]. Des études antérieurs avaient montré en Bretagne que les nuages (et secondairement les pluies) se chargent de pesticides au fur et à mesure de leur déplacement d'ouest en est, avec des taux d'atrazine et d'alachlore (les deux principaux pesticides du maïs à l'époque de l'étude) qui pouvaient « atteindre 10, 20, voire plus de 200 fois les normes tolérées pour l'eau potable »^[33]. Les pluies peuvent aussi contenir des métaux et des radionucléides, notamment suivis en Europe via le réseau BRAMM (bioindication par les bryophytes)^[34]. Le réseau RENECOFOR (REseau National de suivi à long terme des ECOsystèmes FORestiers) apporte des données complémentaires pour les pluies en forêts. Quand l'analyse n'est pas faite rapidement et in situ, des protocoles spéciaux doivent être mis en place pour l'échantillonnage, le stockage et le transport^[35]. La contamination peut persister longtemps après l'interdiction d'un produit, ainsi « dans la ville d'Hanovre en Allemagne, des concentrations de terbuthylazine et de son métabolite ont atteint 0,4 et 0,5 ug/l soit cinq fois la norme pour l'eau potable alors que le produit était interdit depuis cinq ans. »^[33].

Culture

La Place de l'Europe, temps de pluie, Gustave Caillebotte.

L'attitude des populations vis-à-vis de la pluie diffère selon les régions du monde, mais aussi selon les milieux d'activités socio-professionnels et surtout les modes et temps d'activités ou de loisirs.

Dans les régions tempérées, comme l'Europe urbaine de l'époque contemporaine, la pluie a pris plutôt une connotation triste et négative — « Il pleure dans mon cœur comme il pleut sur la ville », écrivait Paul Verlaine — alors que le soleil est synonyme de joie. Le monde paysan d'Europe occidentale, divisé en cultures spécifiques caractéristiques d'héritages lointains, semble autrefois étranger à ce jugement. Il a gardé tacitement des rituels de valorisation de la canicule ou d'ensoleillements forts, supposés momentanément nécessaires pour la croissance et la maturation des plantes, pour diverses tâches agro-pastorales comme la fenaison, la construction des édifices... La pluie banale, phénomène nullement divinisé mais parfois repoussé en nom collectif à une date limite, pour ne pas devenir gênante ou porter malheur pendant ces heures ou périodes réservées, peut alors reprendre comme bon lui semble.

En marge de cette vision moderne dominante, potentiellement négative de la pluie si elle est jugée par trop abondante ou intempestive, il ne faut pas oublier qu'elle reste aussi communément associée à des valeurs positives : apaisement, fertilité de la végétation et du monde animal et humain, refroidissement de l'air après une vraie canicule, propreté, nettoyage des poussières et pollutions urbaines, réserve d'énergie pour les flux d'eau. Les valeurs esthétiques des artistes modernes s'affrontent parfois ouvertement au cliché de la pluie maussade.

L'expression Mariage heureux, mariage pluvieux ressort d'un lointain environnement paysan qui a inventé la notion chrétienne de mariage. La pluie, même invitée de dernière minute, ne gêne personne car il s'agit d'un temps festif réunissant une petite collectivité, néoformée par l'assemblage rituel de deux familles, à cette occasion. L'expression anodine dévoile aussi surtout un rôle antique et crypté, mais évident de fertilité païenne de la pluie.

Dans les régions sèches, comme certaines parties de l'Afrique, de l'Inde, du Moyen-Orient, la pluie est considérée comme une bénédiction et reçue avec euphorie. Elle a un rôle économique fondamental, là où les cours d'eau sont rares et la distribution de l'eau potable et l'irrigation sont conditionnées par les précipitations.

Averse blanche à Shōno, estampe de Hiroshige.

De nombreuses cultures ont développé des moyens de se protéger de la pluie (imperméables, parapluies), et élaboré des systèmes de canalisation et d'évacuation (gouttières, égouts). Là où elle est abondante, soit par sa fréquence, soit par sa violence (mousson), les gens préfèrent instinctivement se mettre à l'abri.

L'eau de pluie bénéficie naturellement à l'agriculture et donc aux populations qui en dépendent. Elle peut être stockée pour faire face à des périodes sèches. Son acidité et la présence de poussières la rendent fréquemment impropre à la consommation, et nécessitent des traitements bien qu'elle soit consommée telle quelle depuis toujours dans bien des endroits du monde y compris en France il y a peu.

L'urbanisation doit prendre en compte une gestion de la pluie. Les sols rendus étanches dans les villes nécessitent le développement de réseaux d'évacuation et d'assainissement. En changeant la proportion entre l'eau de ruissellement et l'eau absorbée par le sol, le risque d'inondations est augmenté si les infrastructures sont sous-dimensionnées. Ces évacuations directement dans les cours d'eau contribuent grandement aux phénomènes de crues destructeurs.

Pluies extraterrestres

Sur d'autres planètes que la Terre, des pluies peuvent aussi exister. Ces précipitations liquides ne sont généralement pas d'eau mais peuvent être formées par des molécules très diverses. Par exemple :

• Vénus : pluies d'acide sulfurique
• Neptune (et Uranus ?) : pluies de diamant (d'après les modèles et expériences de laboratoire)
• Titan : pluies de méthane
• HD 189733 b : pluies de verre (silicates)
• OGLE-TR-56 b : pluies de fer ?

Des « pluies » d'hélium pourraient également exister dans certaines zones des planètes géantes telles que Jupiter.

Autres usages du terme

Dans le langage imagé, la pluie peut désigner une précipitation abondante d'objets, voire une abondance elle-même, comme dans le cas d'une pluie d'or. La pluie d'or est aussi l'apparence que Zeus a adoptée pour séduire Danaé.

Dans de nombreuses régions, la pluie est un phénomène météorologique d'une grande banalité. Ce caractère commun de la pluie se retrouve dans certaines expressions comme être né de la dernière pluie.

Références

Voir aussi

Bibliographie

• Patrick Boman, Dictionnaire de la pluie, Seuil, 2007 (ISBN 978-2020913638)
• Léopold Facy, article « Précipitations (météorologie) », Encyclopædia Universalis, Paris, 2001.
• Dominique Loreau, Aimer la pluie, aimer la vie, J'ai Lu / Bien-être, 2011 (ISBN 978-2290033906)
• Auguste Gires, La pluie, Éditions Le Pommier, 2015 (ISBN 978-2-7465-0877-4)
• André Viaut, article « météores », Encyclopædia Universalis, Paris, 2001.

Articles connexes

Liens externes

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