La mesure des précipitations est une étape très importante pour la gestion des réserves d'eau douce à usage agricole ou autre. Ce défi technique SEED consiste à concevoir et construire un pluviomètre qui mesure les précipitations le plus précisément possible. Lisez cette page pour en savoir plus sur l'histoire des pluviomètres, puis fabriquez le votre.
Pluviomètre « officiel » recommandé par le bureau de météorologie des Etats-Unis. |
Nous mesurons les précipitations depuis des milliers d'années. Les premières mesures connues ont été faites en Grèce aux environ de 500 avant JC. Environ un siècle plus tard, les chefs de villages indiens envoyaient des bols aux villageois comme outil officiel pour effectuer une prévision du niveau de récoltes des fermiers. Ces mesures des précipitations servaient ensuite à déterminer le montant de l'impôt payé par les fermiers.
Le pluviomètre le plus courant, actuellement utilisé par les prévisionnistes officiels et dans les aéroports, a été inventé il y a plus de 100 ans. Il est constitué d'un large cylindre avec un entonnoir et un tube gradué plus petit à l'intérieur. Le pluviomètre « officiel » recommandé par le bureau de météorologie des Etats- Unis est formé d'un cylindre de 50 cm de hauteur et d'un entonnoir de 20 cm de diamètre. L'eau est recueillie dans un tube gradué qui mesure exactement un dixième de la section supérieure de l'entonnoir. Par conséquent, la hauteur d'eau recueillie dans le tube gradué équivaut à exactement dix fois celle qui aurait été recueillie dans le cylindre seul. Par exemple, un dixième de centimètre de précipitations remplirait un centimètre du tube gradué. Cette exagération de la hauteur de l'eau dans le tube permet aux météorologues d'effectuer des mesures beaucoup plus précises des précipitations. Une tige de mesure spéciale insérée dans le tube gradué est échelonnée afin de prendre cette exagération en compte.
Un pluviomètre standard peut mesurer jusqu'à 5 cm de pluie. Si les précipitations dépassent cinq centimètres, l'eau déborde dans le cylindre entourant le tube gradué. Pour connaître les précipitations totales, l'observateur vide les 5 cm du tube gradué, puis verse l'eau du cylindre délicatement dans le tube vide. Cette mesure, additionnée avec les 5 cm, donne la hauteur totale des précipitations.
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Pluviomètre enregistreur à tambour mécanique.
Image publiée avec l'aimable autorisation de Lambrecht GmbH. |
Le pluviomètre décrit ci-dessus est très précis. Cependant, les mesures ne sont effectuées que lorsque quelqu'un vide le tube, à savoir une fois par jour voire moins. L'utilisation d'un enregistreur à tambour mécanique permet de relever la durée pendant laquelle il a plu. A l'intérieur du cylindre où l'eau est recueillie se trouve un flotteur fixé à un stylet. Si le niveau de l'eau dans le cylindre augmente, le flotteur monte et le stylet enregistreur transcrit le changement en hauteur sur un diagramme. Le diagramme est relié à un tambour actionné par des ressorts qui tourne très doucement. Une fois que le cylindre collecteur est plein, un siphon s'amorce et vide le tube automatiquement dans un bidon plus large situé en dessous. Lorsque cela se produit, le stylet enregistreur est remis à zéro et, s'il continue de pleuvoir, il recommence à enregistrer une courbe ascendante. Il est nécessaire de remplacer le diagramme régulièrement, normalement toutes les semaines ou tous les mois, au moment de mesurer également le contenu du bidon collecteur.
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Diagramme conçu à partir d'un pluviomètre à tambour enregistreur mécanique
Pluviomètre à auget basculeur en vente dans le commerce.
Image publiée avec l'aimable autorisation de Lambrecht GmbH. |
En 1622, l'architecte britannique Sir Christopher Wren a conçu le premier pluviomètre à auget basculeur. Cet appareil perfore une bande de papier après avoir collecté un certain volume de précipitations. Cette méthode est encore aujourd'hui largement répandue. Cependant, l'enregistrement du volume et de la durée des précipitations n'est plus effectué sur une bande de papier, mais par des appareils de mesure électroniques.
Le pluviomètre à auget basculeur enregistre l'heure à laquelle l'un des deux augets spécifiques s'est renversé. Cela arrive lorsqu'un certain volume d'eau tombe à l'intérieur de l'auget (généralement 0,1 cm). Lorsqu'un auget se renverse, l'autre auget se met rapidement en place afin de collecter la prochaine unité de précipitations. A chaque fois que cela se produit, un signal électronique est envoyé à un enregistreur relié à une horloge. Dans la plupart des jauges à auget basculeur, l'eau s'écoule par le fond. C'est pourquoi, il n'est pas nécessaire de les vider manuellement. Cet appareil permet de déterminer la quantité de précipitations tombée pendant une période donnée sans que personne ne soit présent au poste d'observations météorologiques. De plus, il permet également de connaître l'intensité de ces précipitations. Par exemple, 5 cm de précipitations tombées en une journée s'écouleraient probablement en toute sécurité, mais la même quantité tombée en l'espace d'une heure provoquerait probablement une crue brutale.
Diagramme conçu à partir de la moyenne d'un pluviomètre à auget basculeur par jour.
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Le pluviomètre à auget basculeur est particulièrement utile pour mesurer des précipitations de petite et moyenne quantité. Pendant une pluie fine, il est possible que la pluie collectée dans un auget ne soit pas suffisante pour le faire basculer. Elle peut aussi s'évaporer avant même que d'autres précipitations ne viennent s'ajouter. Pendant de fortes pluies, tels que des orages, l'eau peut continuer à tomber dans l'auget alors qu'il se vide et avant même que le prochain auget ne se mette en place. Par conséquent, le pluviomètre à auget basculeur sous évalue les précipitations. Un échec peut également s'expliquer par le fait que le mécanisme de basculement est coincé, souvent par une toile d'araignée. De plus, la grêle, la neige, les nids d'oiseaux, les insectes, les toiles d'araignée et les feuilles peuvent boucher l'entonnoir provoquant ainsi un débordement. Pour cette raison, deux jauges indépendantes sont souvent placées côte à côte de sorte que les erreurs puissent être détectées et corrigées rapidement.
Un autre type de pluviomètre est le pluviomètre à pesée. Il est composé d'un récipient posé sur une balance. Celle-ci est réglée en fonction du récipient et mesure le poids de l'eau de pluie collectée.
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