Shower in the garden. Downpour, pouring rain in the summer

La pluie : sa formation, sa composition et son utilisation

La pluie est un élément essentiel à l’équilibre écologique de notre planète.
En participant activement aux échanges de chaleur entre la surface de la terre et l’atmosphère, l’eau de pluie joue un rôle fondamental dans le fonctionnement du système climatique. Il est donc primordial de veiller à sa qualité pour préserver notre écosystème. Mais comment se forme l’eau de pluie, quel est son rôle dans le cycle de l’eau, de quoi se compose-t-elle et à quoi sert-elle ? C’est ce que nous allons voir dans cet article.

Qu’est-ce que la pluie ?

La pluie est un phénomène naturel, elle apparaît sous forme de gouttes d’eau provenant des nuages et tombant vers le sol. C’est l’une des formes les plus courantes de précipitations sur Terre.

Il existe deux types de précipitations :

  • Les précipitations stratiformes : elles couvrent une grande étendue, durent longtemps mais sont de faible intensité. Elles se produisent dans les zones de basse pression et les creux et sont associées à des nuages de types « stratus ».
    Exemples : bruine, pluie légère…
  • Les précipitations convectives : elles couvrent de petites surfaces, ne durent pas longtemps mais sont de forte intensité. Elles sont très localisées et produites par l’instabilité convective de l’air. Ces précipitations sont associées à des nuages de types « cumulus ».
    Exemples : orages, averses, cyclones…

Les précipitations peuvent prendre une forme liquide (pluie, bruine, pluie verglaçante, bruine verglaçante) ou solide (neige, neige en grains, neige roulée, grésil, grêle, granules de glace, cristaux de glace). Les précipitations contribuent à la fertilité et à l’habitabilité des zones tempérées ou tropicales ; dans les zones polaires, elles aident au maintien des calottes glaciaires.

Le rôle de la pluie dans le cycle de l’eau

L’eau présente sur la Terre est en circulation constante, elle opère un circuit fermé qui est le même depuis des milliards d’années. L’eau des mers et des lacs s’évapore dans l’atmosphère grâce aux rayons du soleil qui réchauffe la surface de la terre (évapotranspiration).

Elle forme ensuite des nuages qui vont se déplacer sous l’impulsion des vents. Par effet de gravité, les gouttelettes qui constituent les nuages s’alourdissent et tombent le sol sous forme de précipitations (pluie, grêle, neige). 79 % des précipitations tombent sur les océans, les 21 % restants tombent sur la terre puis viennent alimenter les nappes phréatiques, soit par infiltration, soit par ruissellement.

Ces eaux pluviales permettent de recharger les nappes phréatiques souterraines qui vont alimenter les cours d’eau, lesquels se jetteront à leur tour dans la mer. Le cycle peut ainsi recommencer à l’infini.

 

Comment se forment les différents types de pluies ?

La pluie provient de l’évaporation de l’eau qui existe dans la nature (lacs, océans, fleuves…). Cette vapeur d’eau se mélange à l’air, puis s’élève dans l’atmosphère et se refroidit par détente. La vapeur d’eau contenue dans l’air se condense autour de noyaux de condensations (poussières, pollens) et lorsque l’air atteint un niveau de sursaturation, les gouttelettes forment alors des nuages. Ces derniers peuvent être chauds ou froids.

Pluie chaude et pluie froide

La pluie chaude se forme lorsque les gouttes de pluie se sont entièrement formées dans un nuage au-dessus d’un point de congélation.

La pluie froide résulte de la fonte de flocons de neige lorsque l’air dépasse 0°C en altitude.
Mais dans certains cas, des phénomènes de surfusion apparaissent et les gouttelettes se congèlent à des températures très basses avoisinant les -20° C. Des pluies peuvent alors survenir même lorsque l’air est très froid.

La pluie provenant d’un nuage chaud

Dans un nuage chaud, les gouttes d’eau grossissent par condensation de la vapeur d’eau et se coagulent les unes aux autres. La taille des gouttes est variable : elles varient d’un dixième de millimètre et peuvent atteindre 4 à 5 mm dans les grosses pluies d’orage. On parle alors de pluie polydisperse. Il existe également des pluies sans nuage : c’est le cas du serein dans les milieux maritimes et tropicaux.

La pluie provenant d’un nuage froid

Dans un nuage froid, les gouttes peuvent rencontrer un noyau de congélation et se transformer en cristaux de glace qui vont grossir par condensation ainsi que par la cannibalisation des gouttes d’eau surfondues qui les entourent (c’est l’effet Bergeron). En tombant vers le sol, ils grossissent encore en s’agglomérant à des flocons plus petits et lorsqu’ils passent au-dessus du point de congélation, les flocons fondent en formant des gouttes qui grossissent de la même manière que dans un nuage chaud.

Suivant les variations de température durant le parcours de la pluie, celle-ci peut prendre la forme d’une pluie verglaçante, de grêle ou de grésil.

Le rôle de l’humidité relative de l’air

Pour que des nuages se forment, et qu’il y ait des précipitations, l’air doit atteindre une humidité relative supérieure à 100 % (sursaturation), de manière à ce que les molécules d’eau puissent s’unir sur une poussière servant de noyau de condensation. Lorsque les gouttes ont atteint un certain diamètre, l’humidité relative retombe alors à 100 % formant ainsi des précipitations.

Durant la chute, une partie de l’eau des gouttes va s’évaporer dans l’air augmentant ainsi son niveau d’humidité tandis qu’une autre partie va toucher le sol. Mais lorsque l’air est très sec, il peut arriver que l’eau de pluie s’évapore totalement avant d’arriver au sol, c’est ce qu’on appelle le phénomène de virga, très courant en zone aride (déserts chauds) mais aussi dans les zones où la pluie provient de nuages de faible extension verticale.

L’eau de pluie est-elle pure ?

Tout comme la rosée, la brume, le givre ou la condensation, l’eau de pluie est originellement pure et légèrement acide. Toutefois, lors de sa formation et durant sa chute, l’eau de pluie se charge de différents éléments minéraux et polluants qui la rendent moins pure et parfois même très polluée dans le cas des pluies acides.  L’eau de pluie de pluie ne peut assimilée à l’eau de pluie.

Les pluies provenant de zones agricoles ou fortement industrialisées ont plus de risques d’être contaminées par  les pesticides, les hydrocarbures, des métaux lourds, oxyde d’azote, dioxyde de soufre, nitrates. D’une manière générale, l’activité humaine a un impact considérable sur les caractéristiques de l’eau de pluie.

Enfin le lavage des toits par la pluie peut la changer en bactérie et microorganismes pathogène.

Quelle est la composition de l’eau de pluie ?

L’eau de pluie se compose principalement de sulfate, de sodium, de calcium, d’ammonium et contient également des traces de nitrates. La concentration de ces différents éléments varie en fonction de la géographie et des caractéristiques environnementales de la zone concernée.

Analyse d’une eau de citerne de récupération de pluie

Paramètres

Avant traitement

Normes maximales pour une eau potable

pH

7 à 8

6,5 à 9,2

rH2 (oxydoréduction)

28 à 29

Dureté totale

± 15 °f (soit ± 50 mg de carbonate de calcium – CaCO3)

 

19,4 °f

 

Minéralisation globale

± 80 mg/L

1 500 mg/L

 

Calcium (CA2+)

21 mg/L

 

270 mg/L

 

Sodium (Na+)

1,6 mg/L

 

150 mg/L

 

Potassium (K+)

0,8 mg/L

 

12 mg/L

 

Sulfates (SO42-)

9,5 mg/L

 

250 mg/L

 

Chlorures (CI-)

9 mg/L

 

200 mg/L

 

Nitrates (NO3-)

6 mg/L

 

Absence

 

Bactéries banales

Grand nombre

 

Absence

 

Bactéries pathogènes

Parfois petit nombre

A quoi sert l’eau de pluie ?

Souvent considérée comme une nuisance, la pluie est pourtant nécessaire pour reconstituer nos réserves d’eau douce servant à la plupart des activités humaines sui nous entourent : consommation domestique (alimentaire et non alimentaire), agriculture, production industrielle, transports, nettoyage des villes, production d’énergie…

La France reçoit chaque année 440 milliards de m3 d’eau sous forme de pluie, neige, etc. Sur ces 440 milliards de m3, environ 41 milliards de m3 sont prélevés chaque année par l’homme.

Selon le code civil français, les eaux pluviales sont « les eaux qui découlent des fonds élevés vers les fonds inférieurs, naturellement, sans que la main de l’homme y ait contribué. »

L’eau de pluie peut être utilisée pour certains usages et ainsi soulager les ressources en eau : lavage industriels, arrosages d’espaces verts, usages domestiques non alimentaires et non corporels.