Origine des masses d’air

2.4.2.1. Droite météorique locale

La teneur en isotopes stables des échantillons d’eau de pluie collectés varie entre –0,04 δ18

O ‰ ; 8,08 δD ‰ (échantillon du 29 mai 2010) et –14,38 δ¹⁸O ‰ ; –97,91 δD ‰ (échantillon du 30 novembre 2010). Les moyennes mensuelles pondérées par les hauteurs de précipitations varient entre –2,08 ± 0,56 ‰ (juillet 2010) et –9,57 ± 2,94 ‰ (décembre 2010) pour δ18

O avec une moyenne pondérée globale de –5,71 ± 3,0 ‰. Pour δD, les moyennes pondérées mensuelles varient entre –7,05 ± 3,44 ‰ (juillet 2010) et –61,46 ± 13,58 ‰ (décembre 2010) avec une moyenne pondérée globale de –35,31 ± 22,8 ‰. Ces données sont parfaitement en accord avec celles de Petelet-Giraud et al. (2005), Jiráková et al. (2009), Millot et al. (2010) et Jiráková et al. (2011) pour le Sud-ouest de la France.

La signature isotopique le long de la côte atlantique est en effet relativement homogène avec des valeurs de δ18O et δD de l’ordre de –5 ‰ et –30 ‰ respectivement. Ces valeurs peuvent être attribuées à une contribution majeure de la vapeur d’eau de mer aux précipitations côtières (Gat et al., 2003). La distance entre la côte atlantique et le site étudié étant d’environ 25 km, les valeurs de δ18

O et δD observées sont concordantes avec la position géographique du massif de l’Ursuya et démontrent clairement une origine majoritairement atlantique de l’eau de pluie. La corrélation existant entre les valeurs de δ18O et δD selon la DMM (δD = 8 δ18

O + 10 ; Craig, 1961) a été décrite dans le paragraphe 2.2.2., de même que les différences pouvant exister entre les DML locales. La droite de régression calculée à partir des valeurs isotopiques mesurées dans les eaux de pluies collectées sur le massif de l’Ursuya est (Figure II-10) :

δD = 7,3 δ18

O + 5,1 (r = 0.96).

Selon Rozanski et al. (1982), cette relation est cohérente avec celles observées par le réseau de stations européen IAEA/WMO.

L’excès en deutérium calculé ici est de 9,7 ± 6,1 ‰. Cette valeur est très proche de celle obtenue pour des précipitations d’origine atlantique (d = 10 ‰, Craig, 1961). La légère différence observée dans les eaux de pluies du massif de l’Ursuya peut être expliquée à la fois par un phénomène d’évaporation et par l’origine des masses d’air responsables des précipitations dans cette région. Ce dernier aspect va être développé dans le paragraphe suivant.

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Figure II-10. Relation δ¹⁸O - δ²D dans les eaux de pluies prélevées entre février 2010 et décembre 2011 (n = 112) et droite de régression correspondante (Droite Météorique Locale) et Droite Météorique Mondiale

2.4.2.2. Quatre origines principales…

Le signal isotopique des eaux de pluie dépend fortement de l’origine et du trajet des masses d’air dont elles sont issues. Les retro-trajectoires des masses d’air ont été calculées pour chaque échantillon collecté en utilisant le modèle « NOAA/ARL Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Version 4 » (HYSPLIT4 ; Draxler et Rolph 2012 ; Rolph 2012).

Les trajectoires ont été générées pour observer les trajectoires des masses d’air durant 72 h avant leur arrivée sur le site d’étude et l’épisode pluvieux mesuré. Durant ces 72 h, la position de la masse d’air est calculée toutes les six heures et à trois altitudes différentes (500 m, 1500 m et 3000 m NGF). En considérant les régions traversées durant les 72 h précédant la collecte, quatre principaux secteurs sont mis en évidence. Ces secteurs sont délimités sur la Figure II-11 sur laquelle les trajectoires typiques sont illustrées par des exemples issus de 4 épisodes pluvieux observés au cours de la période d’étude.

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Figure II-11. Retro-trajectoires typiques des masses d’airs provenant des quatre secteurs définies (ANO : 28/02/2011 ; ASO : 21/12/2010 ; Europe du Nord : 28/04/2011 ; SE : 30/01/2011)

109 Les quatre secteurs définis sont les suivants :

ANO (Atlantique Nord Ouest) : ce secteur concerne les masses d’air provenant du nord-ouest de l’océan Atlantique et qui ne traversent pas de terre émergée avant d’atteindre la zone de prélèvement. La majorité des pluies proviennent de cette origine durant la période d’étude (37,5 % des échantillons collectés).

ASO (Atlantique Sud Ouest) : les masses d’air issues de ce secteur sont également originaires de l’océan Atlantique mais contrairement au précédent secteur, elles passent au-dessus de la péninsule Ibérique avant d’atteindre la zone de prélèvements. 35,7 % des échantillons (651 mm) ont été collectés sous ces conditions météorologiques.

Europe du Nord : ces masses d’air se déplacent au-dessus de l’Europe du Nord (France, Allemagne, Royaume-Uni et même la Suède et la Finlande), de la Mer du Nord et/ou de la Manche durant les 72 h précédant la collecte. Parmi l’ensemble des épisodes climatiques échantillonnés, 20,5 % sont issues de masses d’air provenant de ce secteur, soit une hauteur de précipitation de 391 mm.

SE (Sud Est) : cette trajectoire représente 5,9 % (114 mm) de la pluie totale pour la période considérée. Ces masses d’air proviennent du sud-est de la zone. Elles passent donc au-dessus de la mer Méditerranée, de l’est de l’Espagne et parfois de l’Afrique du Nord et du sud-est de l’Europe.

2.4.2.3. …Quatre signatures isotopiques

Les moyennes pondérées des teneurs en isotopes stables des eaux de pluie issues de ces différentes origines géographiques sont données dans le Tableau II-5. La Figure II-12 présente les relations δ18

O – δD et les lignes de régressions correspondantes dans les eaux de pluies issues des masses d’air provenant de ces quatre origines.

Tableau II-5. Nombres d’évènements pluvieux (N), hauteurs de précipitations (H) enregistrées, moyennes pondérées (Moy. pond.) et écarts types des teneurs en isotopes stables en fonction des trajectoires des masses d’air

ANO ASO Europe du Nord SE ^Données

complètes N 42 (37,5 %) 40 (35,7 %) 23 (20,5 %) 7 (6,25 %) 112 (100 %) H (mm) 783 (40,4 %) 651 (33,6 %) 391 (20,2 %) 114 (5,9 %) 1939 (100 %) Moy. pond. Ecarts types Moy. pond. Ecarts types Moy. pond. Ecarts types Moy. pond. Ecarts types Moy. pond. Ecarts types δ18O (‰) –5,6 3,1 –5,7 3,1 –6,0 2,8 –5,5 2,7 –5,7 3,0 δD (‰) –33,8 23,1 –36,7 24,8 –36,3 18,8 –34,7 21,4 –35,3 22,8

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Atlantique Nord-ouest : les moyennes pondérées des δ¹⁸O et δD dans les eaux de pluies issues de masses d’air originaires du nord-ouest de l’océan Atlantique sont respectivement de –5,6 ± 3,1 ‰ et –33,8 ± 23,1 ‰ (Tableau II-5). Ces valeurs peuvent être reliées à la signature isotopique des eaux de pluies originaires de l’océan Atlantique (Craig, 1961 ; Petelet-Giraud et al., 2005). La relation δ¹⁸O - δD est typique des stations européennes (δD = 7,2 δ¹⁸O + 7,2 ; r = 0,98 ; Figure II-12).

Atlantique Sud-ouest : les moyennes pondérées des δ¹⁸O et δD des eaux de pluies originaires du sud-ouest de l’océan Atlantique démontrent une influence atlantique avec des valeurs de –5,7 ± 3,1 ‰ et –36,7 ± 24,8 ‰ (Tableau II-5) respectivement. Le léger appauvrissement observé par rapport aux valeurs de l’origine précédente s’explique par l’effet de continentalité. En effet, les masses d’air provenant de ce secteur traversent la péninsule Ibérique avant d’atteindre la zone de prélèvement. La corrélation entre les valeurs de δ18

O et δD est proche de celle du secteur ANO (Figure II-12) δD = 7,6 δ18

O + 6,4 ; r = 0,97) et est encore une fois caractéristique des stations européennes.

Europe du Nord : les moyennes pondérées de δ¹⁸O et δD observées dans les eaux de pluies provenant du nord de l’Europe sont respectivement de –6,0 ± 2,8 ‰ et –36,3 ± 18,8 ‰ (Tableau II-5). Ces valeurs présentent également un léger appauvrissement par rapport aux eaux de pluie du secteur ANO. Il a été démontré que l’effet de continentalité affectait les teneurs en isotopes stables des eaux des masses d’air traversant des terres émergées (paragraphe 2.2.3.3). Les masses d’air considérées ici traversent une partie de l’Europe du Nord, ce qui explique en partie l’appauvrissement observé. L’effet latitudinal (Rozanski et al., 1993 ; paragraphe 2.2.3.2) joue également un rôle non négligeable dans cet appauvrissement. La droite météorique calculée pour ce secteur (Figure II-12) a pour équation δD = 6,2 δ18

O + 0,1 (r = 0,94). La très faible ordonnée à l’origine de cette droite peut être expliquée par une prédominance de ce type de masses d’air en été. En effet, 70 % des épisodes pluvieux considérés ici ont lieux entre mai et juillet.

Sud-est : la moyenne pondérée de δ¹⁸O dans les eaux de pluie issues des masses d’air provenant du sud-est de la zone d’étude est de –5,5 ± 2,7 ‰ et de –34,7 ± 22,8 ‰ pour δD (Tableau II-5). Ces valeurs sont tout à fait comparables à celles obtenues par Celle (2000) et Celle-Jeanton et al. (2001) à la station d’Avignon (Sud-ouest de la France), clairement sous influence méditerranéenne. La droite météorique établie pour les eaux de ce secteur au cours de notre étude (Figure II-12) a pour équation δD = 7,6 δ¹⁸O + 5,1 (r = 0,95). Une nouvelle fois, cette relation et proche de celle observée à Avignon (δD = 7,6 δ¹⁸O + 6,4 ; Celle et al., 2000). Malgré le faible nombre d’échantillons prélevés durant cette situation météorologique (7 épisodes pluvieux), les données mesurées indiquent clairement une contribution méditerranéenne pour ce secteur.

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Figure II-12. Relation δ¹⁸O - δ²D des eaux de pluies prélevées en fonction de l’origine des masses d’air entre février 2010 et décembre 2011 et droite météorique correspondante (les intervalles de confiance à 95 % sont également

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