Les instruments de détection et de mesure

La mesure de la « hauteur » de précipitation – c’est en termes de hauteur que l’on mesure l’importance de la pluie et c’est aussi en termes de hauteur qu’on donne les prévisions de verglas – peut être faite par diverses méthodes et à partir de divers instruments, selon leurs particularités.

Le pluviomètre manuel

Le pluviomètre manuel est constitué d’un récipient cylindrique disposé à la verticale. Il est muni d’un entonnoir, qui canalise la précipitation dans un petit tube gradué où l’observateur relève la hauteur de la précipitation, après un temps donné. Techniquement, le diamètre de l’entonnoir est généralement de 20 cm, mais on peut utiliser des entonnoirs d’autres dimensions selon la résolution recherchée. Le rapport entre l’ouverture du cylindre et celle du

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tube gradué est généralement de 10, ce qui permet une lecture 10 fois plus précise (ou dix fois plus rapide) de la hauteur de la pluie qui peut alors être mesurée avec une résolution de l’ordre du dixième de millimètre.

Figure 7

Le pluviomètre manuel

Lors d’un épisode de pluie verglaçante ou de grésil, l’observateur doit installer le pluviomètre sur un support ou sur la neige, sans utiliser l’entonnoir et le petit cylindre gradué.

Au moment de l’observation, il doit faire fondre la précipitation verglaçante (solide) et verser l’eau provenant de la fonte dans le tube gradué. Il obtient ainsi une mesure de la hauteur équivalente en eau de la précipitation solide. L’examen de la précipitation dans le pluviomètre permet de déterminer le type de précipitation effectivement tombée.

Le pluviomètre à augets basculeurs

Le pluviomètre à augets basculeurs est similaire au pluviomètre manuel sauf que la précipitation s’y accumule dans un auget qui bascule après environ 0,2 mm de précipitation. Afin d’être utilisés dans des conditions de pluies verglaçantes, l’entonnoir et les augets doivent être chauffés et maintenus à une température légèrement supérieure au point de congélation. Pour éviter d’avoir à faire fondre la neige, il est aussi possible d’utiliser un bassin récepteur contenant de l’antigel.

Les données du pluviomètre à augets font souvent l’objet d’une corrélation avec les données d’un pluviomètre manuel, à cause des différences de mesure notables dans les accumulations de précipitation par les deux types d’instruments. De plus, le chauffage de l’instrument peut contribuer à augmenter les pertes par évaporation.

La hauteur de précipitation verglaçante peut être mesurée avec le pluviomètre à augets basculeurs qui ne peut cependant pas faire la discrimination entre les divers types de précipitation.

Le pluviomètre à pesée est constitué d’un cylindre dont l’orifice supérieur est disposé horizontalement ; il recueille la précipitation qui s’y accumule dans un bac. De l’antigel peut être ajouté afin de faire fondre la précipitation. La différence de poids entre le début et la fin de la précipitation permet de calculer la quantité de précipitation.

Lorsque le cylindre de collecte est chauffé de façon adéquate, la précipitation verglaçante n’adhère pas aux parois et tombe dans le bac ; les précipitations solides s’accumulent également dans le bac. Cet instrument ne permet donc de déterminer que la quantité de précipitation totale.

Le nivomètre

Le nivomètre, un cylindre de cuivre exposé à l’air, sert à recueillir les précipitations solides afin d’en mesurer l’équivalent en eau. À des intervalles réguliers, de six heures et parfois moins, lors de fortes précipitations, un deuxième nivomètre est installé afin de récupérer les dépôts solides accumulés sur celui qui était déjà en place. La précipitation solide est fondue puis mesurée dans un tube gradué.

La « planche à neige »

La hauteur de précipitation solide peut être mesurée en installant, au début de la période de mesure, une petite planche sur la neige, puis en mesurant l’épaisseur des dépôts accumulés à l’aide d’une règle. La résolution de ces mesures est de l’ordre de 0,1 cm.

Il faut cependant noter que le vent peut compacter la neige, le soleil peut la faire fondre ou la sublimer, une température de l’air supérieure à 0 °C peut encore en faire fondre une partie. La mesure de la précipitation solide à l’aide de la planche à neige est donc sujette à certaines erreurs. Ainsi, la hauteur du grésil est généralement difficile à mesurer sur une planche à neige et toute vérification devient pratiquement impossible lors d’épisodes de précipitation verglaçante.

Les scintillateurs à rayons infrarouges

Les scintillateurs à rayons infrarouges émettent un rayonnement qui passe à travers une section de l’atmosphère chargée précipitation. Compte tenu que toutes les précipitations, incluant la pluie, sont opaques à l’infrarouge, l’intensité résiduelle, réduite de façon proportionnelle à l’intensité des précipitations, est mesurée par un des photodétecteurs. Le temps pendant lequel l’intensité lumineuse est réduite dépend de la vitesse de chute de l’hydrométéore¹⁰ainsi que de ses dimensions. L’importance de la réduction de l’intensité lumineuse dépend de la surface de l’hydrométéore. À partir des données ainsi recueillies et à l’aide d’algorithmes, il est possible de déduire la nature et les dimensions des hydrométéores.

Le scintillateur à rayons infrarouges éprouve généralement des difficultés à départager le grésil de la pluie verglaçante. Cependant, cet instrument permet (assez bien) de calculer les quantités de précipitation totale.

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10. Tout phénomène qui se produit dans l’atmosphère peut être appelé météore ; un hydrométéore désigne un phénomène atmosphérique pour lequel l’eau et l’humidité constituent les facteurs principaux, comme une goutte d’eau ou un flocon de neige, par exemple.

Le détecteur de grêle et de grésil

Le fait que les fréquences sonores produites par la pluie, la neige, le grésil ou la grêle soient différentes lorsqu’elles entrent en contact avec une surface métallique a permis de mettre au point un détecteur de grêle et de grésil. Le « HIPS » (Hail and Ice Pellet Sensor) est constitué d’une coupole exposée aux précipitations. L’intensité sonore dépend de la masse de l’hydrométéore et de sa vitesse ; l’analyse des sons créés lors des impacts sur la coupole permet donc de détecter les grêlons et le grésil.

Figure 8

Le détecteur de grêle et de grésil (HIPS)

Le HIPS possède le potentiel d’ajouter une information utile sur la survenue de grésil, capacité qui manque aux instruments présentement utilisés au Québec.

Des détecteurs hybrides

Il est aussi possible d’utiliser des instruments hybrides¹¹, constitués de plusieurs détecteurs :

• un scintillomètre à infrarouge, qui sert à mesurer la visibilité et les particules ;

• un détecteur analogue à surface capacitive, qui détecte la quantité de précipitation ;

• un détecteur de précipitation.

La surface capacitive peut être chauffée afin de détecter les précipitations verglaçantes et les précipitations neigeuses. Elle est inclinée à angle afin de favoriser l’écoulement de l’eau et de permettre un assèchement graduel de la surface. Grâce à ce détecteur, l’instrument peut

11. Comme le FD12P de la compagnie Vaisala S.A.

qui pourrait être soit de la pluie verglaçante ou du grésil et s’il n’y a que très peu de précipitation détectée par la surface capacitive, cela implique qu’il s’agit de grésil. L’apparition de précipitations verglaçantes est vérifiée par un recoupement entre la température (qui doit être sous le point de congélation), la détection de précipitation par le scintillateur à infrarouge et par la détection de précipitation sur la surface capacitive.