Pluviomètre (HU)

Traduction anglaise : Rain gage, Rain gauge

Dernière mise à jour : 29/04/2021

Ce texte est largement inspiré de l'article "Pluviomètre" de l'encyclopédie de l'hydrologie urbaine et de l'assainissement (Chocat et al., 1993).

Appareil de mesure du cumul des précipitations atmosphériques atteignant le sol.

Principes de base

Le principe de base consiste à capter le flux de précipitations à l'aide d'un réceptacle horizontal de surface connue, puis de mesurer, par enregistrement des basculements d’augets, par pesée ou par jaugeage, la quantité d'eau ainsi recueillie. Destiné avant tout à la mesure de la pluie, il peut être aménagé pour la mesure de la neige (pluviomètre chauffant) mais il est inefficace pour la grêle (les grêlimètres sont de simples plaques de polystyrène que marquent les impacts des grêlons). On distingue :

• le pluviomètre totalisateur (ou journalier) pour lequel la mesure de la quantité d'eau recueillie est réalisée par un opérateur, le cumul mesuré porte donc sur la période séparant deux lectures ;
• le pluviomètre enregistreur qui est doté d'un système automatique de jaugeage permettant de mémoriser de façon discrète ou continue l'évolution du cumul dans le temps, souvent improprement appelé pluviographe.

Eléments d'historique

Il est difficile de situer l'origine exacte du pluviomètre. Différents textes anciens mentionnent des mesures de pluie liées aux activités agricoles de différentes civilisations en Inde au IVème siècle avant J.C., ou bien en Palestine et en Chine au début de l'ère chrétienne (L'Hote, 1991).

En Europe des séries de mesures des cumuls mensuels de pluie débutent dans le courant du XVIIème siècle et, pour la plupart, concernent des villes importantes. Elles sont obtenues à l'aide de pluviomètres totalisateurs. A titre d'exemple la figure 1 présente une série de cumuls annuels mesurés à Paris au XVIIIème siècle.

Figure 1 : Cumuls annuels mesurés à l'Observatoire royal de Paris de 1689 à 1754 ; Source Dettwiller (1980)

Ces mesures illustrent, bien sûr, la forte variabilité interannuelle des précipitations sous notre climat (pour une hauteur moyenne sur ces 66 années de 455 mm, l'écart-type est de 100 mm), mais aussi la difficulté de réaliser ce type de mesures. Comparées à une série postérieure (1881-1950) dont la moyenne est de 604 mm, elles apparaissent comme fortement sous-estimées. Il n'est pas possible d'attribuer cette différence de près de 25% à un changement de climat. L'instrument employé à l'époque (l'udomètre est un système à réceptacle rectangulaire relié à un réservoir) et son emplacement sont sans doute responsables de cette différence, même si les écrits de l'époque témoignent déjà d'une connaissance précises des sources d'erreur : déficit de captation, évaporation, etc..

Au début du XXème siècle, le besoin des aménageurs de caractériser les pluies fortes et brèves, notamment pour les applications urbaines, conduit à créer des instruments capables de mesurer des cumuls sur de courtes durées sans recours à un opérateur. Les pluviomètres enregistreurs graphiques (ou pluviographes) sont construits en recourant à une grande diversité de principes et de technologies. L'eau captée par le réceptacle est soit pesée, soit jaugée. Les formes de pesons sont multiples. Les méthodes de jaugeage utilisent à l'origine des réservoirs à flotteur. A titre d'exemple de ce foisonnement instrumental citons le cas du pluviomètre Jardi, conçu à Barcelone dans les années 1920 pour répondre à un besoin d'hydrologie urbaine. Son principe très raffiné lui permet théoriquement de mesurer les intensités de pluie instantanées (voir figure 2).

Figure 2 : Schéma de principe du pluviomètre Jardi : un cône flottant règle l'écoulement de l'eau entre deux réservoirs en cascade ; le galbe du cône permet de relier linéairement la hauteur du flotteur à l'intensité de pluie ; Source Chocat et al. (1993)

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Dans la pratique ce pluviomètre fut seulement construit à quelques exemplaires par la société Richard à Paris. Il fonctionne depuis 1927 à l'Observatoire Fabra à Barcelone, mais la complexité de son principe a nécessité des corrections permanentes qui rendent sa série de mesures assez peu fiable.

Avec le temps, une sélection sévère tend à privilégier les systèmes simples et fiables. Selon les pays et les climats cette sélection est orientée par la nature des pluies et par les conditions de température. Le Nord de l'Europe utilise beaucoup les réservoirs à siphon (apparus vers 1930) ou la pesée, les pays méditerranéens privilégient plutôt les systèmes à augets basculeurs (apparus vers 1950 avec les marques Queney et Richard).

Les années 1980 ont marqué pour ce type de mesure, comme pour beaucoup d'autres en géophysique, la fin de l'époque "horloge mécanique et encre". Les systèmes graphiques d'enregistrement sont remplacés par des systèmes numériques réglés par une horloge à quartz et dotés d'une large mémoire statique. La nécessité pour ces systèmes de lire un signal électrique a curieusement privilégié dans un premier temps la mesure par augets pour laquelle un simple contacteur à mercure résout la question. Le terme pluviographe devient caduc mais demeure très utilisé.

Depuis la fin du du XIXème siècle les pluviomètres à augets sont progressivement remplacés par des pluviomètres à pesée, plus précis (en particulier pour les fortes intensités), plus stables, plus économiques et plus robustes.

En marge de ces pluviomètres classiques, que l'on peut caractériser par le fait qu'ils captent le flux de précipitations, d'autres types d'instruments non-captants ont été développés en liaison avec les problèmes de télécommunication. Différents principes optiques (atténuation, scintillement) ont été employés pour mesurer les tailles des gouttes de pluie traversant un volume d’échantillonnage de quelques centaines de cm³. Voir Disdromètre (HU).

Nota : On dit rain gage aux USA et rain gauge au RU.