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Mesure de précipitation



Un pluviomètre est un instrument utilisé en météorologie dans le but de comptabiliser la quantité de précipitations tombée sur une surface donnée. Les premiers pluviomètres connus dateraient du milieu du XVe siècle.
Le terme « précipitations » englobe tous les produits de la condensation de la vapeur d’eau dans les nuages : aussi bien la pluie que la grêle ou la neige. La quantité de précipitations atteignant le sol est mesurée en millimètres avec une précision recommandée par l'Organisation météorologique mondiale (OMM) de 0,2 millimètre.
La mesure de l'épaisseur d'eau recouvrant la surface du sol, effectuée par des pluviomètres, définit la hauteur de précipitation observée durant cet intervalle de temps à l'endroit désigné : cette quantité s'exprime en millimètres (ou en centimètres), un millimètre étant considéré comme équivalent à un litre par mètre carré, et elle exprime la lame d'eau dont la précipitation aurait recouvert un mètre carré de sol au terme de l'intervalle de temps considéré. Seules sont prises en considération, en météorologie opérationnelle, les chutes de pluie dont la hauteur de précipitation est au moins égale à un dixième de millimètre.

L'OMM recommande de placer le pluviomètre à une hauteur du sol comprise entre 0,5 et 2 mètres. Sur un pluviomètre manuel à lecture directe, on peut alors lire facilement la valeur de la hauteur des précipitations sur une échelle accolée au collecteur. Cette échelle doit cependant être construite de manière à minimiser les erreurs de mesure dues à la dilatation du volume d'eau en fonction de la température.



Le principe du pluviomètre par un système d’augets à bascule est le suivant :

Deux augets se remplissent et se vident à chaque basculement et on compte le nombre de basculements.
La mesure des précipitations consiste donc à compter le nombre de basculement à l'aide d'un système quelconque (ILS, capteur optique, etc...).
Dans notre cas, c'est un ILS et le nombre de basculements est comptabilisé par l'intermédiaire du GPIO27 du Raspberry.

La masse volumique de l'eau de pluie est estimée à environ 103 kg.m-3. Un pluviomètre à augets basculants donne la hauteur d'eau à partir d'une mesure de masse et de la connaissance de la surface de captation. Par exemple, si la masse critique d'un auget est de 20 grammes, chaque basculement correspond à une hauteur de pluie de quelque 0,2 millimètre.

Les mesures au pluviomètre sont toujours sous-estimées. Les erreurs sont le résultat des conditions extérieures (vent, température), des caractéristiques du collecteur comme la qualité de son revêtement, de l'usure des augets, etc.


Pluviomètre, calcul de la hauteur des précipitations

La hauteur de pluie qui tombe au sol est indépendante de la surface. C'est le volume qui est proportionnel à la hauteur. (1 litre par m2 = 1 mm)

Pour ce projet, une mesure de la capacité de l'auget (recyclage de la station WS1600) a donné une valeur de 3 ml par basculement pour une surface du réceptacle de 3104 mm2.
Sachant que la hauteur de pluie (pour 1 basculement) = volume d’un auget / surface de captation, le basculement de l'auget enregistre une hauteur de pluie de 0,966 mm soit 1 mm.
C’est beaucoup trop faible comme sensibilité !
S'il tombe une petite pluie fine pendant des heures, elle ne sera pas totalisée puisqu'elle est inférieure à 1 mm.
Dans ce cas le pluviomètre n'indiquera pas qu'il pleut. La bonne valeur de sensibilité est 0.2 mm (0.1 mm idéale)
Il faut donc :
- soit diminuer la taille de l'auget,
- soit agrandir l’entonnoir.

Sachant que l’auget bascule tous les 3 ml d’eau, quelle devra être sa surface du réceptacle pour faire basculer l'auget lorsqu’il pleut 0,2 mm de précipitation ?

La surface de captation = volume d’un auget / hauteur, soit 15000 mm2.
On obtient donc un diamètre de : Racine(4x15000/Pi).
L'entonnoir devra avoir un diamètre de 138 mm .


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