Répartition mensuelle des précipitations sur Terre
En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation à l'intérieur des nuages, sont devenus trop lourds pour demeurer en suspension dans l'atmosphère et tombent au sol ou s'évaporent en virga avant de l'atteindre.
Type de la précipitation selon la structure thermique (bleu sous zéro degré Celsius et rouge au-dessus)
La fréquence et la nature des précipitations dans une région géographique donnée sont des caractéristiques importantes de son climat. Elles contribuent de façon essentielle à la fertilité et à l'habitabilité des zones tempérées ou tropicales ; dans les zones polaires, elles aident au maintien des calottes glaciaires. La précipitation peut prendre les formes suivantes (parfois mélangées):
Solide:
Dans les rapports d'observation météorologique, le type de précipitation s'accompagne d'une indication d'intensité (légère, modérée, ou forte), ainsi que d'une mesure de la visibilité au travers de la précipitation. Les rapports d'observations indiquent aussi le caractère temporel de la précipitation : si son intensité varie rapidement et s'accompagne d'éclaircies, la précipitation est appelée une averse.
Condensation et coalescence sont importantes dans le cycle de l'eau.
Les gouttes commencent à se former dans de l'air généralement au-dessus du point de congélation quand l'air soulevé devient légèrement sursaturé par rapport à la température environnante. Pour cela il faut cependant des noyaux de condensation, poussières ou grain de sel, sur lesquels la vapeur d'eau se dépose. La solution chimique obtenue abaisse la tension de surface nécessaire pour former une goutte.
Il y a d'abord formation de très fines gouttes qui donnent le nuage. À mesure que ces gouttes montent, elles passent sous le point de congélation mais resteront surfondues s'il n'y pas présence de noyaux de congélation. Ces derniers sont beaucoup moins disponibles que les noyaux de condensation.
À mesure qu'elles augmentent de diamètre, un second processus doit intervenir, la coalescence, afin d'atteindre un diamètre suffisant pour former des gouttes de pluie. En effet, les gouttelettes formées par condensation n'atteignent que quelques dizaines de microns dans le temps nécessaire habituellement pour donner de la pluie.
La coalescence est l'amalgamation de deux ou plusieurs gouttelettes par collision pour en former une plus grosse. Les gouttelettes croissant à des vitesses différentes, selon la concentration de vapeur d'eau, elles se déplaceront à une vitesse différente qui est reliée à leur diamètre et au courant ascendant. Les plus grosses bougeant plus lentement captureront les plus petites en montant puis lorsqu'elles ne peuvent plus être soutenues par le courant, elles redescendront et poursuivront leur croissance de la même façon.
L'effet Bergeron, de son découvreur Tor Bergeron, est le plus efficace des processus de formation des gouttes de pluie ou de neige. Lorsque des cristaux de glace se forment finalement par congélation de gouttelettes, ils ont une pression de saturation moindre que celle des gouttelettes environnantes. Les gouttelettes s'évaporent donc et la vapeur d'eau va se déposer sur les cristaux.
Ces cristaux finiront également par tomber et entreront en coalescence avec d'autres pour former des flocons de neige. Ils captureront également par coalescence des gouttes ce qui les givrera si la température est sous zéro degré Celsius. Si la température de l'atmosphère est partout sous zéro au-dessus du sol, on aura de la neige. Par contre, si le niveau de congélation n'est pas au sol ou s'il y a des couches au-dessus du zéro en altitude, on aura une variété de types de précipitations: pluie, pluie verglaçante, grésil, etc.
Précipitation orographique
Pour que des gouttelettes d'eau se forment et donnent un nuage puis de la précipitation, il faut un mécanisme pour amener l'air à saturation. À moins que l'air ne se refroidisse par un mécanisme d'advection d'air froid ou de transfert radiatif, comme dans le cas de la formation du brouillard, c'est par soulèvement que cela se produit. Outre leur phase, on distingue donc deux types de précipitations en fonction du mécanisme qui cause le mouvement vertical :
Ces deux types de précipitations ne sont pas mutuellement exclusives cependant. En effet, il peut y avoir des zones instables dans une masse de pluie ou de neige stratiforme ce qui donnera lieux à des averses plus fortes dans ces secteurs. De la même façon, on peut obtenir par soulèvement des conditions instables. Par exemple, des vents remontant une pente peuvent faire dépasser le niveau de convection libre à la parcelle d'air soulevée et donner un orage.
Les précipitations peuvent être organisées de différentes façons : en larges zones, en bande de précipitations ou être isolées. Cela dépend de la stabilité de la masse d'air, des mouvements verticaux dans celle-ci et des effets locaux. Ainsi, à l'avant d'un front chaud, les précipitations seront surtout stratiformes et couvriront plusieurs centaines de kilomètres de largeur et de profondeurs. Par contre, devant un front froid ou dans un cyclone tropical, les précipitations formeront de minces bandes qui peuvent s'étirer latéralement sur de grandes distances. Finalement, une averse donnera des précipitations sur quelques kilomètres carrés à la fois.
Il est possible de déclencher artificiellement des précipitations en dispersant sur un nuage de la poussière d'iodure d'argent. Ceci est équivalent à introduire des noyaux de congélation ce qui accélère la formation de cristaux de glace et amène l'effet Bergeron cité précédemment. C'est un moyen de limiter la taille des grêlons également en créant plus de compétition pour la vapeur d'eau disponible.
La technique est très efficace en laboratoire, mais dans la nature, son efficacité est limitée selon Jean-Louis Brenguier, chef du groupe de météorologie expérimentale à Météo-France, à moins que l'on dépense des sommes très importantes pour suivre le nuage durant toute sa vie. Pourtant, cela n'empêche pas l'Agence des technologies atmosphériques russe d'utiliser cette technique pour disperser des nuages au-dessus de Moscou lors de certaines fêtes et visites officielles ou encore pour limiter la quantité de neige .
Deux types de dépositions peuvent être recueillis dans un pluviomètre mais ne forment rarement plus qu'une trace d'accumulation:
Dans ces deux cas on ne peut parler de précipitations puisque les gouttelettes se forment ou se déposent sur le sol ou des objets sans tomber.
De manière plus générale, en chimie et en métallurgie, la précipitation est la formation d'une phase hétérogène au sein d'une autre phase, par exemple la formation d'un cristal solide dans un liquide, ou bien la formation d'un cristal de composition différente dans un alliage.
En chimie, une différence est faite en précipitation et cristallisation. La cristallisation est un processus maîtrisé consistant à faire cristalliser un produit lentement, afin de le purifier ou de lui conférer les propriétés désirées (taille de particules, morphisme...). La précipitation est un procédé de cristallisation rapide (par ajout d'un solvant rendant le produit insoluble, en modifiant le pH, ... ). Le produit piège des impuretés ou du solvant dans les cristaux, ceux-ci sont de petites tailles.
2007. Selon Xuebin Zhang du Climate Research Division (Toronto, Canada), l'homme des pays développés est le responsable direct de 50 à 85% de l'augmentation des précipitations survenant aux latitudes tempérées (40-70° N). Il a ainsi analysé la pluviométrie par bandes de latitude entre 1925 et 1999. La moyenne a augmentée de 62 mm dans les latitudes moyennes de l'hémisphère nord (Etats-Unis, Europe du Nord, Russie) contre une diminution de 98 mm en moyenne pour les contrées tropicales de l'hémisphère nord (Sahel, Shara). La part de l'homme a été confrontée à différents modèles (avec et sans émissions de gaz à effet de serre et sols sulfatés) pour arriver à la conclusion citée ci-dessus. Le plus grave restant que l'évolution des précipitations a évolué plus rapidement que prévu, tout comme la hausse du niveau des mers. Les projections actuelles sous-évaluent ainsi les risques climatiques à long terme.