Cours de climatologie agricole PDF

COURS DE CLIMATOLOGIE AGRICOLE PLAN DU COURS PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LA CLIMATOLOGIE AGRICOLE Chap. 1. Notions de rappel Chap. 2. Les éléments du climat Chap. 3. Etudes des...

COURS DE CLIMATOLOGIE AGRICOLE PLAN DU COURS PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LA CLIMATOLOGIE AGRICOLE Chap. 1. Notions de rappel Chap. 2. Les éléments du climat Chap. 3. Etudes des climats DEUXIEME PARTIE : CLIMATOLOGIE AGRICOLE Chap. 1. L’évapotranspiration Chap. 2. Humidité du sol Chap. 3. Analyse fréquentielle et le calage des cycles culturaux Chap. 4. Changement climatique Evaluation et cotation  Participation : 5%  Travaux pratiques: 30%  Interrogations : 15%  Examen final : 50% Travaux écrits : Un travail de 8 à 10 pages sera exigé tout au long du cours. Outre ce travail de synthèse, chaque étudiant est obligé de remettre, avant chaque leçon, un Peper d’une page : interligne simple, taille 12, Police Times New Roman. Le travail doit traiter une question spécifique à partir des textes discutés en classe ou proposé par l’Enseignant. Plus d’explications seront données en classe en temps opportun. Le travail devra être remis au début de chaque séance du cours. L’examen final : Il comprendra toutes les matières étudiées et discutées en classe durant le semestre. L’étudiant aura à répondre aux questions écrites. Intégrité académique : Le plagiat est interdit. Présence et participation Votre réussite dans ce cours dépendra de votre présence et de votre participation en classe. Les absences non justifiées et les retards répétés affecteront votre cote finale. Classroom étiquette : Pas de laptop, pas de nourriture, pas de boisson, pas de phone en classe. INTRODUCTION GENERALE Les éléments climatiques influencent de façon significative l’agriculture et l’élevage, par-là, la production agricole. Ils peuvent soit favoriser la bonne croissance des plants et des animaux, soit encore nuire à leur développement. Les agronomes-vétérinaires peuvent enregistrer des années de bonnes productions dues au temps clément (favorables aux activités agricoles), ou encore des années durant lesquelles les récoltes sont médiocres (sécheresse accentuée ou inondation des champs, etc.) entraînant souvent la baisse de production qui entraîne souvent les famines, les disettes. L’étude des facteurs climatiques et leurs implications dans les activités agricoles s’avèrent indispensables pour la maîtrise du cycle cultural et la période optimale des mises en place des cultures. Il importe à tout professionnel du monde agricole (Techniciens, Ingénieurs, chercheurs, etc.) d’accorder une attention particulière à la climatologie agricole. D’où la nécessité du présent cours en licence 1.  Il est fort difficile et souvent illusoire de vouloir isoler les influences climatiques sur l’homme et ses activités. Atteindre un bon rendement agricole nécessite, non seulement la manipulation des techniques culturales, mais surtout une maîtrise suffisante des interactions, des interrelations et des interdépendances des éléments Bio-géophysiques des écosystèmes en exploitation. Il y a certainement des effets directs et perceptibles que l’agronome vétérinaire ne doit jamais perdre en esprit : par exemple le coup de températures excessives sur les cultures ou sur l’élevage ; l’insuffisance des précipitations pendant une période donnée, etc. D’où, la prise en compte de la trilogie : Homme, Biosphère, Climat. HOMME BIOSPHERE CLIMAT Ainsi, les problèmes agro-climatologiques peuvent être abordés sous deux angles :  D’une part, étudier les facteurs limitant une activité agricole : sécheresse, froid, humidité, etc. ;  D’autre part, calculer le cout du climat sur les activités agricoles. PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LA CLIMATOLOGIE AGRICOLE Chap. 1. NOTIONS DE RAPPEL 1. LA CLIMATOLOGIE La climatologie est une branche de la géophysique qui étudie les climats à la surface du globe. Elle décrit et explique le temps qu’il fait à un endroit donné, dans un lieu déterminé. 2. LE CLIMAT Le climat est l’ensemble des phénomènes météorologiques qui caractérisent l’état moyen de l’atmosphère et son évolution en un lieu donné. C’est donc l’aspect du temps qu’il fait sur une longue période dans un espace (région) déterminé. 3. LA METEOROLOGIE La météorologie est l’étude des phénomènes de l’atmosphère et de leurs lois en vue de la prévision du temps (précipitations, température, pression atmosphérique, l’humidité de l’air, les nuages…). 4. LE TEMPS Le temps est l’état moyen de l’atmosphère en un lieu donné pendant une courte durée (heure, jour). Exemple : il fait chaud, il fait frais, il pleut, etc. 5. BIOCLIMATOLOGIE La bioclimatologie est l’étude de l’influence des facteurs du climat sur le développement des organismes vivants et vis-versa (végétaux, animaux). Les animaux et les plantes peuvent s’adapter au climat ou favoriser un type de climat. C’est dire que les êtres vivants en général sont le reflet de leur milieu de vie. 6. MICROCLIMAT Le microclimat est l’ensemble des conditions atmosphériques particulières à un espace homogène de faible étendue (inférieur à 1 km²). Exemple le microclimat de Kimwenza. 7. AGROCLIMATOLOGIE L’agro-climatologie est une branche de la climatologie qui traite des régimes climatiques en lien avec la production agricole. Elle a pour but de : - Renseigner sur les risques climatiques - De planifier toutes les activités agricoles - D’exécuter le calendrier cultural ou des cultures, etc. 8. LE SOLEIL Le soleil est un astre lumineux qui contient 73% d’hydrogène, 25% d’hélium. Il contient aussi de l’oxygène, du carbone, du fer, du néon, du silicium, du magnésium, de l’azote et de soufre à des quantités réduites. Quelques caractéristiques du soleil : - Diamètre 1,4 million de km - Densité moyenne 1,4 g/cm3 - 300 fois la masse de la terre - Température de surface 5780° K - Température au centre 1 500 000 ° K - Age 4,5 milliard d’année Les éléments qui nous intéresserons dans ce cours sont le rayonnement solaire et l’insolation. 9. ECOLOGIE L’écologie est la science qui étudie les êtres vivants dans leurs milieux de vie ! Elle a pour objet l’étude des interactions, des interdépendances et des interrelations des êtres vivants dans leurs biotopes. Un écologiste est un défenseur de la nature et des équilibres biologiques. 10. MACROCLIMAT Le macroclimat est le climat d’une zone ou d’une région sur une échelle d’une dizaine ou une centaine de km². 11. TOPOCLIMAT Le topo-climat correspond à un climat local, de la taille d’une ville ou d’une petite vallée. Sa distance est inférieure ou égal à 10 km² et inférieur ou égal à 1 km² en montagne. 12. MESOCLIMAT C’est le climat d’une région de faible étendue intermédiaire entre le topo-climat et le macroclimat. 13. ALBEDO L’albédo est la mesure de la capacité d’une surface à réfléchir la lumière, notamment celle du soleil. C’est donc le rapport de la quantité de lumière réfléchie par un objet sur la quantité de lumière qu’il reçoit. 14. RECHAUFFEMENT GLOBAL Le réchauffement global est un phénomène d’augmentation de la température moyenne des océans et de l’atmosphère (mesuré à l’échelle mondiale sur plusieurs décennies). Il se traduit par une augmentation de la quantité de chaleur de la surface terrestre (température élevées). TACHES SOLAIRES Une tâche solaire est une région sur la surface du soleil qui est marquée par une température inférieure à son environnement et qui a une intense activité magnétique. 15. FORÇAGE RADIO ACTIF En climatologie, le forçage radiatif est approximativement défini comme la différence entre l’énergie radiative reçue et l’énergie radiative émise par un système climatique donné. Un forçage radiatif positif tend à réchauffer le système (plus d’énergie reçue qu’émise), alors qu’un forçage radiatif négatif va dans le sens d’un refroidissement (plus d’énergie perdue que reçue). Ce terme englobe une définition légèrement différente et possède une importance capitale dans les questions liées aux changements climatiques. A température constante, la terre émet autant d’énergie qu’elle en reçoit ; et un peu plus ou un peu moins lorsque la température change. Or de très nombreux facteurs interviennent dans les échanges d’énergie entre la terre et l’espace. Pour simplifier l’analyse des impacts de chacun de ces facteurs, le concept de forçage radiatif est utilisé par les scientifiques pour mesurer la propension d’un de ces facteurs à garder sur terre l’énergie provenant du soleil ou à la renvoyer dans l’espace. Par exemple un chiffre positif pour un gaz à effet de serre signifie que celui-ci contribue à réchauffer l’atmosphère en renvoyant des infrarouges vers la terre, et un chiffre négatif pour les aérosols signifie que ces particules, en empêchant le rayonnement solaire d’atteindre la terre, contribuent à la refroidir. Le forçage radiatif, appliqué au réchauffement climatique, mesure donc la propension d’un facteur à perturber l’équilibre énergétique de la Terre. 16. EFFET DE SERRE L’effet de serre est un phénomène naturel qui permet à la Terre de retenir la chaleur solaire dans l’atmosphère et de maintenir une température acceptable pour entretenir la vie. Sans cela, la température de la Terre serait d’environne -18°C. Enveloppe externe de la terre Les trois couches externes ou géosphère de la terre sont : la terre ou la lithosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère. A cela il faut ajouter la biosphère. 17. LA LITHOSPHERE La lithosphère est la croute solide de la planète terre qui gravite à environ 150 000 000 de km du soleil. Sa masse volumique est de 5,977 10 34 kg, sa densité est de 5,517 g/cm 3, son rayon 12 700 km. Quelques caractéristiques de la lithosphère : - Zone d’encrage et de développement des racines - Partie arable du sol riche en humus favorable au développement des plants - Contient les éléments minéraux et les ressources minières - Zone d’épandage de l’engrais, du fumier, du compost. 18. L’HYDROSPHERE  L’hydrosphère constitue la sphère liquide de terre. Elle comprend : les océans, les lacs, les fleuves, la mer, la rivière. Il est donc constitué de l’ensemble des cours d’eau, des eaux souterraines, toutes les neiges et les glaces (glaciers). 19. L’ATMOSPHERE L’atmosphère est située juste au-dessus de la lithosphère et de l’hydrosphère avec pour référence le niveau de la mer et le siège météorologiques. Il est constitué de gaz et de l’eau sous forme de vapeur ou solide (résultant de l’évaporation de l’eau du sol et des cours d’eau, des plantes). Les gaz atmosphériques sont essentiellement l’azote (78%), l’oxygène (20%), l’argon (1%), CO2 (0,30%) puis en petite quantité on a l’hélium, le néon, le crypton, l’ozone (o3) et le radon. La vapeur d’eau ainsi que l’eau solide et liquide sont dans l’atmosphère en quantité variable. L’arachide capte l’azote atmosphérique et la met à la disposition du sol propriété des légumineuses, les capte l’azote atmosphérique la fabrication de l’urée un engrais. Dans cette étude nous nous intéresserons à l’humidité de l’air (hygrométrie exprimé en %). Exemples : l’hygrométrie élevée favorable au développement des maladies cryptogamique (dues aux champignons), prolifération des bactéries, parasites (agents pathogènes) nuisibles aux animaux ; le palmier se développe mieux dans les zones où l’humidité de l’air est comprise entre 70% et 80%, l’élevage se développe mieux dans les zones sahéliennes où l’humidité de l’air est faible (moins de maladies). 20. LA BIOSPHERE La biosphère comprend l’ensemble des êtres vivants (couvert végétal, le monde animal et les activités humaines).  CHAP II. ETUDE DU CLIMAT II. 1. L’ATMOSPHÈRE A. Définition L’Atmosphère est une enveloppe gazeuse qui entoure le Globe terrestre par gravité 1. Son épaisseur est estimée à plusieurs milliers de kilomètres. L’atmosphère est composée d’oxygène et d’azote à environ 98 % de la masse totale de l’atmosphère. L’air contient le 1/5 d’oxygène en volume et 4/5 d’azote en volume ; soit 75% de N2 en masse et 23% d’H2 en masse. On y rencontre aussi quelques gaz rares (argon, pluton, xénon, hélium etc., en faible proportion). Dans l’atmosphère, les molécules d’air ont tendance à se tasser au voisinage du sol, de sorte que la pression et la densité décroissent de plus en plus lentement de bas en haut. En se basant sur les variations de température, on distingue quatre strates concentriques superposées les unes aux autres dont les caractères diffèrent : il s’agit de la Troposphère, de la Stratosphère, de la Mésosphère et de la Thermosphère ou Ionosphère. Ainsi, - de 0 à 10 Km, on parle de basse atmosphère ; - de 10 à 100 Km, on parle de l’atmosphère moyenne ; - enfin au-delà de 100 Km, on parle de la haute atmosphère. Développons en quelques lignes ces couches, surtout celles qui nous sont familières : 1° la troposphère C’est la couche la plus proche du sol, la plus agitée et la plus sale de l’atmosphère, surnommée peplos ou couche géographique. Son épaisseur est estimée à plus au moins 18 Km à l’Equateur et 5 Km aux Pôles. Elle contient plus de trois quarts d’air et à peu près toute la vapeur d’eau de l’atmosphère. C’est la couche changeante de l’atmosphère, car, ‘‘Topos’’ signifie changement. Elle est le siège des hydrométéores (nuages, précipitations, etc.) et d’une grande turbulence de l’air (tourbillon dû au frottement sur le couvert végétal et surtout sur les obstacles du relief). Sa supérieure de la troposphère s’appelle tropopause. 2° La stratosphère La stratosphère succède à la troposphère. Elle est comprise entre 15 à 18 Km aux pôles et 45 à 55 Km à l’équateur. Elle est limitée en altitude par la stratopause. L’humidité relative y est généralement faible et l’air est sec. D’où l’absence de nuages. Dans la stratosphère, la température croît inversement à la troposphère, c’est-à-dire, avec l’altitude ; tandis que la densité des gaz diminue avec l’altitude. Elle est composée de l’oxygène Aux environs de 20 Km aux pôles et 45 Km à l’équateur existe une couche enrichie en oxygène tri- atomique (3 atomes) appelée OZONE. L’ozone absorbe l’élément ultra-violet en provenance du soleil et constitue un bouclier protecteur biologique sans lequel toute vie sur la terre disparaîtrait. C’est cette absorption qui régularise la température de l’air ambiant, mieux, environnant sur la surface de la terre. Un problème se pose : l’ozone est menacé, c’est-à-dire, détruit par certaines émissions de gaz toxique, par la circulation de certains engins comme des avions super soniques, des fusées etc. 3° La mésosphère Dans la mésosphère, les gaz sont ionisés et forment un plasma grâce à l’énergie suffisante de cette couche. La pression y est de 0.1 à 10 –3 mb. Ce fait permet la présence de di-oxygène permettant la synthèse d’ozone (O3), suivant le même mécanisme que dans la stratosphère. 1 C. GUIGNIER, op.cit, p. 75.  Mais cet ozone mésosphérique ne forme pas de couche à part, car la réaction de synthèse est immédiatement contrebalancée par une réaction de photodissociation. La mésosphère est caractérisée par la rareté de l’air et la température qui décroit fortement jusqu’à la limite de mésopause à environ 80 km. 4° La thermosphère ou ionosphère C’est une couche à densité très faible où règne une pression de l’ordre de 1. 10 -6 mb. On peut considérer que les conditions sont voisines du vide. L’air est quasi absent et la température y croit fortement jusqu’à 500°C à sa limite supérieure. Cette couche est composée des ions électro magnétiques qui favorisent la propagation des ondes (radio, télé, etc.). B) Composition de l’atmosphère L’air qui compose l’atmosphère, n’est pas un gaz chimiquement simple. Il s’agit, en fait, d'un mélange de plusieurs gaz en proportions constantes et de quantités variables de vapeur d’eau. Il contient, en outre, d'innombrables particules microscopiques en suspension. Toutefois, deux gaz prédominent dans ce mélange pour 99% : L’oxygène et l’azote. Parmi d’autres composants gazeux de l’atmosphère, on doit signaler la présence de polluants comme le méthane (CH4), les oxydes d’azote (NOX), l’ozone (O3) et d’autres gaz tels que les composés soufrés et le monoxyde de carbone (CO), qui ont tous une double origine, naturelle et anthropique. II. 2. NOTIONS DU TEMPS  Le temps est l’état de l’atmosphère à un moment précis, dans un lieu déterminé 2. Exemple : il fait chaud, il fait froid, il pleut. On détermine le temps à l’aide des éléments ci-après : la température, la pression atmosphérique, la pluie, le vent, la nébulosité, la force et la direction du vent. Au cours d’une année, en un même lieu se succèdent des temps ensoleillés, froids ou chauds, nuageux et de pluie. Aucun de ces éléments ne demeure statique. Ce sont des types de temps. La variation des temps moyens au cours de l’année détermine le climat de ce lieu. Pour déterminer le beau et le mauvais temps, les stations météorologiques font tous les jours, en différents endroits, des observations au sol. Elles font aussi des relèves en Mer à l’aide de bateaux météorologiques qui sont stationnés en des lieux précis. Elles lancent aussi des ballons sondes qui emportent des appareils enregistreurs automatiques destinés à mesurer aux différentes altitudes, la température de l’air, la pression, l’humidité relative, etc. En outre, les satellites qui tournent autour de la terre nous envoient des photographies sur lesquelles on peut voir des endroits couverts de nuages ou dégagés. Tout cela permet aux services météorologiques de faire des prévisions et de dire un peu à l’avance quelle sera l’évolution probable des conditions atmosphériques. Ces bulletins sont diffusés tous les jours par la presse audio-visuelle (radio-TV). L’observation du temps devient précise grâce aux mesures réalisées avec les instruments adaptés à chaque élément du temps : thermomètre, pluviomètre, anémomètre, etc. les mesures se traduisent en graphiques ou diagrammes. II.3. IMPACTS DES ACTIVITES AGRICOLES SUR L’ATMOSPHERE ET DU TEMPS Comme pour tous les autres secteurs d’activités humaines, l’agriculture exercent sur l’atmosphère et le temps des influences positives et négatives. Les influences positives se résument au phénomène de filtration de l’air par les plantes. Car, ces dernières fixent les composants indésirables de l’atmosphère (poussière, polluants acides, gaz carbonique, etc.), rendant l’atmosphère pure. Si l’on met de côté les nuisances olfactives, les dégradations atmosphériques imputables à l’agriculture sont parmi les découvertes actuelles. En classant les polluants atmosphériques en fonction de leur portée (distance) et de leur espèce (physico-chimique) on peut relever les impacts agricoles suivants : - A courte distance : on signale les odeurs, les poussières et certains gaz toxiques. Il s’agit des gaz des fermes comme l’ammoniac, les gaz de fumiers (H2S), les gaz de stockage agricole, tel le (NO2), le monoxyde de carbone, etc. - A moyenne distance : on dénote la présence des polluants acides dû à l’utilisation d’engrais et des combustibles fossiles, etc. ; - Au niveau global, c'est-à-dire, les modifications du bilan radiatif de la planète : on signale la dégradation de l’ozone stratosphérique et surtout l’aggravation anthropique de l’effet de serre additionnel. II. 4. LES ELEMENTS DU CLIMAT 2 DE MARTONNE, Traité de Géographie physique, Armand Collin, Paris, 1982, p. 210.  la température, l’humidité de l’air, les Les éléments du climat sont : précipitations, l’insolation, le vent, la pression atmosphérique, etc. A) La température Le temps qu’il fait dépend à la fois de la température de l’air, de la pression atmosphérique et de son humidité. 1. Analyse de température La température est la sensation du chaud au du froid en un lieu3. Pour connaître la température, surtout d’un lieu, on se sert d’un thermomètre en mercure ou en alcool, placé sous l’abri à 2 m du sol. Le degré est l’unité de mesure de la température. Lorsqu’on prélève la température, on peut calculer la moyenne des températures (journalière, hebdomadaire, mensuelle ou annuelle) et l’amplitude thermique. La moyenne journalière : est la moyenne des températures lues dans un thermomètre pendant une journée. La moyenne hebdomadaire est la moyenne des températures lues dans le thermomètre pendant sept jours. La moyenne mensuelle est la moyenne des températures lues dans le thermomètre pendant un mois. Enfin, la moyenne annuelle est la moyenne des températures lues dans le thermomètre pendant une année. Pour trouver l’amplitude thermique, on prend la température la plus élevée du mois moins la température la plus basse. Le diagramme thermique ou graphique thermique est la courbe de variation de la température. Température minimale ; Température maximale ; Température optimale. Sorgho Blé Palmier à huile Tmn : 15°C O-5°C 18°C Tmax : 44°C 31-37°C 32°C T°: 31-37°C 25-31°C 26°C 2. Exercice : Voici ci-après les données thermiques de la station de l’ISAV : a. Calculez la moyenne annuelle de cette station. b. Calculez l’amplitude thermique de cette station. Mois Jan. Févr. Mars Avril Mai Juin T °C 29°C 28°C 27°C 30°C 28°C 26°C Mois Juillet Août Sept. Oct. Nov. Déc. T °C 28°C 27°C 30°C 30°C 29°C 29°C Solution : a. La Moyenne Annuelle → 341°C : 12°C = 28,4°C b. L’amplitude thermique → 30°C -26°C = 4°C 3 C. GUIGNIER, op. cit. p. 74.  3. VARIATION DE LA TEMPERATURE Les diverses régions de la terre ne reçoivent pas la même quantité de chaleur au cours de l’année. Elles ont par conséquent une température moyenne différente. La température varie avec le moment de la journée. Il fait plus chaud à midi que le matin et le soir. Mais elle est surtout fonction de la latitude et de l’altitude. 1. Variation avec la Latitude Il a été vérifié qu’à mesure qu’on se dirige de l’équateur vers les pôles (en latitude) la température diminue. C’est-à-dire que la température est très élevée à l’équateur et diminue avec la latitude quand on s’approche des pôles. C’est parce que les rayons du soleil tombent verticalement à l’équateur et deviennent obliques à mesure que l’on va de l’équateur vers les pôles4. 2. VARIATION AVEC L’ALTITUDE Plus on s’élève en altitude, plus la température diminue. Cette diminution est de l’ordre de 1 °C pour 165 m d’altitude5. L’air qui est de moins à moins dense, à mesure qu’on s’élève en altitude, retient moins la chaleur des rayons solaires. A proximité de la mer, les températures sont de plus en plus fraiches qu’à l’intérieur des continents. N.B. les Isothermes sont des lignes qui relient les lieux d’égale température. 4. stabilité et Instabilité de l’air : gradient adiabatique La nature stable ou instable d’une masse d’air est attachée à la décroissance de la température de l’atmosphère avec l’altitude. Avec l’altitude, le profil de décroissance de la température de l’air qui nous surplombe change chaque jour en fonction des évènements météorologiques. Instable : Si la décroissance de la température avec l’altitude est supérieure à la diminution en chaleur d’un volume d’air ascendant, alors la masse d’air est dite instable. La température d’une ascendance thermique restera toujours supérieure à l’air environnant à l’altitude qu’elle aura atteinte. Donc, son ascension continuera. Par exemple, après le passage d’une perturbation, le ciel laisse un air plus frais et instable et donc propice au développement de la convection (ascendances thermiques). Stable : Si cette décroissance de la température avec l’altitude est inférieure à la déperdition en chaleur d’un volume d’air ascendant, alors la masse d’air est dite stable. L’ascendance va finir par atteindre une altitude où sa température se trouvera égale à l’air environnant et son ascension sera stoppée. Par exemple, les phénomènes d’inversion ou d’iso- thermie bloquent le cheminement ascendant des colonnes thermiques. Les inversions et les iso- thermies sont caractéristiques de la stabilité d’une tranche d’altitude. 4 Idem. 5 G. Rodier et H. Varon, Géographie : La Terre et les hommes, Armand Colin, paris, 1980, p. 64.  Exercice 1 - T° au sol = 25 °C - T° de l’air ascendant = 32 °C - Gradient de l’air ascendant = 6,5°C/Km = 0,65°C/ 100 m a) Calculez l’altitude de stabilité ? b) Calculez la température de stabilité ? c) Une telle stabilité peut-elle produire les précipitations ? Quand Pensez-vous ? Solution a) Alt de stabilité = 100 m 100 m x 20 = 2000 m b) T° de stabilité = 25°C – = 32°C – = 25°C- 13°C = 32°C- 20°C 12 °C = 12 °C Exercice 2 - T° au sol = 27 °C - T° de l’air ascendant = 32 °C - Gradient de l’air ascendant = 6°C/Km a) Calculez l’altitude de stabilité ? b) Calculez la température de stabilité ?  B/ CIRCULATION ATMOSPHÉRIQUE Notion de la pression atmosphérique La pression atmosphérique est le poids de l’air sur une surface d’un centimètre carré. On mesure la pression atmosphérique à l’aide d’un baromètre. L’unité de mesure de la pression atmosphérique est le millibar (mb) ou hectopascal. Haute pression et basse pression La haute pression ou anticyclone est une région où l’air se concentre près du sol. On le désigne par des signes     . La basse pression ou cyclone est une région où l’air est absent, mieux, rare au niveau du sol. On le désigne par des signes      N.B. l’air se déplace toujours de la zone de haute pression ver la zone de basse pression qui l’attire. Le déplacement horizontal de l’air s’appelle le vent. b) Variation de la pression atmosphérique La pression atmosphérique varie :  avec l’altitude : plus on s’élève en altitude, plus la pression diminue ; parce que la couche de l’air qui pèse sur nous est de moins en moins dense. C’est pour cette raison que les aviateurs et les alpinistes doivent prendre des précautions contre la raréfaction de l’air aux hautes altitudes.  Avec la température : plus la température diminue en un lieu, plus la pression atmosphérique augmente et vice versa. N.B. les zones de haute pression connaissent l’air frais et lourd tandis que les zones de basse pression connaissent l’air chaud et léger. Les Isobares sont des lignes qui relient les lieux qui ont la même pression atmosphérique. II. Vents tropicaux Le vent est le déplacement horizontal de l’air d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. Il est d’autant plus fort lorsque l’écart de pression entre hautes pressions et basses pressions est accentué. C’est dire que lorsque l’air s’écoule vers de très basses pressions, le vent est particulièrement violent : ce sont les cyclones, ouragans, typhons ou tornades dont les effets sont dévastateurs. On distingue trois sortes de vents :  les vents réguliers ou permanents ;  les vents saisonniers ;  et les vents locaux. a)Vents réguliers ou permanents : Les Alizés Il y a, à la surface du globe des vents réguliers, c'est-à-dire, qui soufflent toute l’année sans interruption notable : ce sont les alizés et les contre-alizés. Ces vents sont permanents toute l’année et soufflent des régions de hautes pressions tropicales vers les régions de basses pressions équatoriales (vers l’équateur). Leur direction est du Nord-est vers le Sud-ouest dans l’hémisphère Nord, et du Sud-est vers le Nord-Ouest dans l’hémisphère sud. Ces vents sont déviés par le mouvement de la rotation de la terre, et se rencontrent au niveau de l’équateur pour former la zone de convergence inter tropicale (ZIT).  b) Vents saisonniers Ces sont des vents périodiques qui soufflent régulièrement, mais à une période donnée, lorsque certaines conditions du milieu physique se réalisent.6 Leurs directions s’inversent brutalement d’une saison à l’autre, produisant des variations climatiques importantes (sécheresse, pluie). Issus des anticyclones subtropicaux océaniques, ce type de vents souffle dans le Sud-est de l’Asie, de la mer vers la terre en été et de la terre vers la mer en hiver. Pendant l’été, dit-on, la terre se réchauffe beaucoup plus vite que la mer et devient le centre de la basse pression. D’où l’appel des vents. Par contre pendant l’hiver, la terre se refroidit beaucoup plus que la mer, et crée un centre de haute pression. D’où les vents divergent vers la mer. On distingue alors deux sortes de moussons : d’été et d’hiver. 1. La mousson d’été Ce type de la mousson souffle régulièrement de l’océan indien vers le continent autour des mois d’avril et mai. Cette mousson apporte beaucoup de pluie sur le continent. 2. La mousson d’hiver Souffle régulièrement de continent vers l’océan au mois d’octobre. Elle provoque la sécheresse sur le continent. La région du monde la plus concernée par la mousson est l’Asie orientale et méridionale, où les anticyclones émettent des vents froids vers les cyclones océaniques (pacifique nord et indien). Ces vents dessinent un grand mouvement tournant de la Chine vers l’Indonésie et l’Inde, où d’ailleurs ils se réchauffent. c) Vents locaux Les vents locaux sont des vents très caractéristiques, dont l’existence est due à une situation barométrique influencée par des conditions géographiques locales7. Les vents locaux sont très nombreux : mistral en Provence, tramontane dans le Roussillon, vent d’autan en Aquitaine, siroco en Afrique du Nord, bora et kochava en Yougoslavie, etc. Ces sont des vents dont le rayon d’action est très limité et qui sont issus à partir des différences de pression locales, en rapport le plus souvent avec des contrastes de température. Circulation des vents réguliers d) Autres vents tropicaux Les régions tropicales sont fréquemment balayées par des vents violents, par des vents de tempête qui sèment des destructions et même des désolations mortelles : 6 C. GUIGNIER, op. cit. P. 72. 7 Ibid, p. 73. a) Un ouragan tropical est un vent violent qui atteint les 118 km/h et qui est accompagné de pluies abondantes ; b) Un cyclone est un ouragan des mers tropicales du Sud-est africain et des côtes de Madagascar. Ces vents soufflent à plus de 118 km/h ; c) Un typhon est un ouragan dévastateur des mers de Chine et du Japon ; d) Une tornade est une tempête d’ouragan avec des coups de vent très violents et tournoyant qu’accompagnent des pluies diluviennes. Tous ces vents de tempête sont des vents humides soufflant à partir de l’océan, ils sont accompagnés de précipitations très abondantes, voire diluviennes. L’Alizé soufflant du Nord-est en Afrique saharienne est un vent de tempête très sec qui souffle à partir du désert du Sahara. Il déplace des masses abondantes de sable et s’appelle l’Harmattan. Après son passage, le paysage des ergs (étendues de dunes de sable) est changé ; car des dunes entières ont été déplacées. III. IMPACTS DE LA PRESSION ATMOSPHERIQUE ET DU VENT SUR LES ACTIVITES AGRICOLES Les vents sont des masses d'air en déplacement. Ces masses d’air se déplacent en fonction de multiples circonstances liées essentiellement aux variations de températures et pressions atmosphériques. L’érosion éolienne est conditionnée par:  des sols de texture grossière ;  un relief assez plat, sur des grandes étendues dépourvues de végétation ; On parle d'ensablement lorsque les vents ou les eaux transportent les grains de sable qui vont s’accumuler quelque part au bord d’un cours d’eau, sur des terres cultivées ou incultes (FAO., 1988). Sous l’action du vent, les accumulations sableuses s’entassent et forment des dunes. Ces dunes sableuses occasionnent en se déplaçant : - l’ensablement des terres de cultures, des points d’eau et des infrastructures; - la destruction des plantations ; - la réduction des surfaces cultivées et cultivables ; - la baisse de la production agro-sylvo pastorale ; La vitesse du vent représente le principal facteur de l’érosion éolienne. Le vent joue un rôle majeur dans le tri et la distribution latérale des constituants de la surface du sol. C’est sa vitesse qui détermine pour une taille de particule donnée l'arrachement, le transport ou dépôt (Casenave et al., 1989). Cette vitesse est nulle au contact même du sol et croit progressivement lorsqu’on s’en éloigne. La variation de vitesse la plus importante s'observe dans les premiers centimètres au-dessus de la surface (F.A.O., 1988). La déflation : est le balayage le plus souvent des particules du sol par le vent. Ce balayage se fait lorsque ces particules sont meubles et émiettées. Au fur et à mesure que s’effectue la déflation, on observe à la surface du sol l’apparition d’éléments grossiers résultant du transport des particules plus fines qui recouvraient le sol avec comme conséquence :   les roches qui sont mises à nues ;  la dégradation des cuvettes par dépôt des sédiments (Ambouta., 2005). C/ PRÉCIPITATIONS Les précipitations sont des chutes d'eau provenant de l'atmosphère sous forme solide (neige, grêle) ou bien liquide (pluie, brouillard). 1. Mécanisme : cycle de l’eau Les différentes étapes de la formation de l’eau sont : l’évaporation, la condensation, la formation de nuages et la pluie. a) l’Evaporation : est la transformation de l’eau en vapeur, sous l’effet de la chaleur, sur les étendues d’eau et de vastes forêts. b) La Condensation : est la transformation de la vapeur d’eau en petite gouttelettes d’eaux suite à la diminution de la température dans l’atmosphère8. c) La Formation des nuages : les nuages diffèrent selon leurs formes, leur constitution, leurs couleurs et leurs altitudes. On distingue alors : - le Cirrus : de forme allongée, se situant en haute altitude. - Les Cumulus s’organisent en :  altocumulus ;  stratocumulus ;  cumulonimbus et  en stratus. - le Nimbus : nuages sombres qui déversent la pluie9. d) La Pluie : pour qu’il y ait pluie, il faut que de petites gouttelettes s’unissent en gouttelettes plus grosses et deviennent plus lourdes. N.B. on appelle nébulosité, la proportion dans laquelle le ciel est recouvert des nuages. D’où l’expression que l’on trouve dans les bulletins météorologiques : ciel ¾ couvert, ciel ½ couvert, etc. 10. Schéma du cycle de l'eau 8 C. GUIGNIER, op. cit. p. 88. 9 Idem. 10 Ibid, p. 91.  3. DEFINITION La précipitation est la chute d’eau contenue dans l’atmosphère. Exemple : la pluie. On mesure la précipitation à l’aide d’un pluviomètre. 4. MECANISME DES PRECIPITATIONS Les océans, les mers, les lacs et les rivières constituent d’immenses volumes d’eau. Mais il y a aussi de l’eau dans les sols et dans l’atmosphère. La chaleur provoque l’évaporation de l’eau et déclenche ainsi le cycle de l’eau. 5. SORTES DE PRÉCIPITATIONS a) Précipitations liquides : - les gouttes d’eau qui retombent sur terre forment la pluie ; - la rosée ; - de fines gouttelettes recouvrent la nuit, par temps chaud, le sol et les plantes qui sont plus fraîches : la rosée. b) Les précipitations solides : - des gouttes d’eau gèlent à très haute altitude et peuvent retomber sous forme de petites boules de glace : la grêle ; - en hiver et dans les régions où la température descend sous 0°, les précipitations tombent sous forme de légers flocons : la neige. 6. MESURE ET LE CALCUL DES PRÉCIPITATIONS La mesure des précipitations se fait à l’aide d’un pluviomètre. Cet appareil permet de mesurer la hauteur des précipitations. Il est composé : - d’un entonnoir ; - d’un récipient gradué. Exercice : Le calcul des précipitations se fait en additionnant, chaque jour, les quantités d’eau tombées et recueillies dans le pluviomètre. Ces calculs nous donnent les totaux des précipitations. Les précipitations moyennes mensuelles et annuelles demandent des calculs portant sur des périodes de 25 années. N B. Isohyètes : Sur une carte, l’on peut relier les endroits de même pluviosité par des lignes courbes qui s’appellent « isohyètes ». 7. REPARTITION DES PRECIPITATIONS a)Inégalité des précipitations : Les précipitations varient beaucoup dans différentes régions du globe. Certaines régions sont très humides alors que d’autres sont moins arrosées, voire arides. Les régions équatoriales sont en général les plus humides et les régions arides les plus sèches. Cette variation est fonction de la latitude.  b) Construction d’un graphique pluviométrique : Un graphique ou diagramme pluviométrique indique la variation annuelle de la hauteur d’eau (précipitations). Il se construit sur une feuille quadrillée ou on subdivise l’abscisse en 12 parties, qui représenteront chacune un mois de l’année. Puis on subdivise l’ordonnée en un certain nombre de parties, (p. ex : chacune de 25 mm) qui représenteront les quantités des précipitations. Diagramme pluviométrique de la station de Kinshasa Régime pluviométrique Les variations des précipitations au cours d’une année, définissent le régime pluviométrique d’une région. Sur le graphique donné en exemple, nous remarquons que les mois de juin et de juillet sont restés secs ; il s’agit donc d’un régime de climat tropical, et non pas de climat équatorial où tous les mois ont des précipitations. TP quel est l’impact qu’a les précipitations sur les travaux agricoles ! II. 4.NOTIONS DE CLIMAT a)Définition Le climat est le temps météorologique moyen qu’il fait en un lieu ou sur une région. Il est caractérisé par l’ensemble des paramètres météorologiques qui permettent de décrire le « temps qu’il fait » : température, humidité, pression atmosphérique, précipitations (quantité et type), vent, nébulosité (quantité et qualité), en sont les principaux11. La climatologie est une science qui étudie les climats à la surface du globe12. Elle s’intéresse à l’ensemble des phénomènes de divers ordres qui ont leur siège dans l’atmosphère. 11 C. GUIGNIER, op. cit. 99. 12 Dictionnaire Universel de géographie, Hachette, Paris, 2004.  b) Classification et localisation des climats à la surface du globe Tenant compte de la température, de la pression atmosphérique et de la précipitation, nous distinguons trois grandes zones climatiques à la surface du globe : 1. ZONE CHAUDE DE BASSE LATITUDE OU ZONE INTER TROPICALE C’est la zone intertropicale comprise entre les tropiques, caractérisée par des températures très élevées (> à 20°C), l’amplitude thermique y est faible (< à 5°C), les précipitations y sont abondantes (> à 1500 mm/an). De part et d’autres de l’équateur, s’étendent des régions climatiques chaudes et humides. C’est le domaine du climat équatorial et tropicaux (tropical humide et sec). Au niveau des tropiques, se localise un climat chaud et sec. C’est le climat désertique. 2. ZONE DES TEMPERATURES MODEREES DE MOYENNE LATITUDE OU LA ZONE TEMPERE C’est le domaine climatique tempéré qui se localise entre les tropiques et les cercles polaires. C'est-à- dire, entre le domaine froid et le domaine chaud. Les températures sont modérées, comprises entre 0° et 25°C, l’amplitude thermique y est grande (> à 20°C). Les climats de ce domaine connaissent le plus grand contraste des températures. La plus grande amplitude qui y règne détermine trois climats (tempéré méditerranéen, tempéré océanique et tempéré continental) et dicte quatre saisons :  Le printemps : est la première saison de l’année. Il va du 20 ou 21 mars jusqu’au 20 ou 21 juin.  L’été : est la seconde saison de l’année, où il fait chaud. Elle commence du 21 ou 22 juin, jusqu’au 22 ou 23 septembre.  L’automne : succède à l’été. Il va du 22 ou 23 septembre, jusqu’au 21 ou 22 décembre.  L’hiver : est la dernière saison de l’année, et la plus froide. Il va du 20 ou 21 décembre, jusqu’au 20 ou 21 mars. 3. ZONE FROIDE DE HAUTE LATITUDE C’est le domaine polaire, situé au-delà du cercle polaire ; caractérisé par de très basses températures. Il y règne un seul climat : le climat polaire. N.B. il existe aussi le climat des montagnes et des microclimats qu’on rencontre dans différentes zones climatiques.  A) LES CLIMATS DE LA ZONE CHAUDE DE BASSE LATITUDE 1. Climat équatorial a) Extension & localisation : Ce climat s’étend entre 0 et 5° de latitude Sud et 0 et 10° de latitude Nord. Il règne en Afrique centrale (cuvette centrale), en Indonésie, en Nouvelle Guinée, au Sud de l’Asie et en Amérique latine (Brésil). b) Caractéristiques : Ce climat se caractérise par : - des températures élevées et constantes (> à 25°C) ; - l’amplitude thermique est faible (< à 2°C) ; - les précipitations sont abondantes durant toute l’année (> à 2 000mm/an) ; - il règne une seule saison, la saison des pluies ; - la végétation est constituée de la grande forêt dense et semper virens (toujours verte toute l’année) ; - la faune est constituée de mammifères, de reptiles, de carnivores, de oiseaux etc. ; - on y trouve comme sol, l’argile de couleur rouge sang, appelé Latérite. C’est un sol pauvre, soumis au lessivage ; - les fleuves de ce climat ont un débit simple et régulier, suite à leur situation à cheval sur l’équateur et à l’inversion des saisons dans les deux hémisphères. C’est le cas du fleuve Amazone. 2. Climat tropical Humide a) Extension et localisation : ce climat couvre de vastes étendues de part et d’autre de l’équateur. On le rencontre en Afrique, en Amérique, en Asie et en Océanie. b) Caractéristiques : Ce climat se caractérise par : - des températures très élevées (25 à 30°C) ; - l’amplitude thermique faible (< à 5°C) ; - les pluies sont abondantes et dictent l’existence de deux saisons : une longue saison des pluies de plus ou moins 9 mois, et une saison sèche de plus ou moins 3 mois ; - le climat tropical humide est dominé par des savanes (arborées et arbustives), et par des galeries forestières qui couvrent le long des cours d’eau ; - comme faune, on y rencontre des grands mammifères : herbivores et carnivores, des reptiles, des oiseaux, etc. ; - le sol est de faible épaisseur, appelé sol ferralitique; - les cours d’eaux ont un régime complexe et un débit régulier. 3. Climat tropical Sec a) Localisation : ce climat se localise en Afrique subaride, en Amérique du Nord et du Sud, en Asie du Sud et en Océanie. b) Caractéristiques : ce climat se caractérise par : - des températures élevées (25 à 30° C) ; - l’amplitude thermique est faible (plus ou moins 7°C) ; - c’est le domaine des alizés et de l’harmattan ; - il y a deux saisons qui se succèdent mutuellement. Une saison sèche de plus ou moins 6 mois, qui succède à une saison des pluies de plus ou mois 6 mois ;  - on y retrouve généralement la savane boisée, herbeuse qui cède sa place à la steppe au fur et à mesure qu’on avance vers les tropiques ; - c’est le domaine des mammifères (herbivores et grands fauves), des rongeurs et des reptiles ; - on trouve le sol latéritique, riche en calcaire ; - les cours d’eau de ce climat ont un régime irrégulier. 4. Climat Désertique a) Extension & Localisation : ce climat règne au voisinage des tropiques. C’est dire que plus on s’éloigne de l’équateur, dans les régions tropicales et subtropicales, plus la saison sèche s’allonge et l’aridité gêne la vie des hommes. D’immenses régions du monde reçoivent des précipitations qui sont tellement faibles. Tels sont les grands désert du Sahara en Afrique du Nord, d’Arabie en Asie du Sud-ouest, du Kalahari, en Afrique du Sud, à l’Ouest de l’Amérique du Nord et du Sud et de la majeure partie de l’Australie en Océanie. b) Caractéristiques : ce climat se caractérise par : - des températures très élevées (supérieures à 40°C) ; - l’amplitude thermique diurne importante ; car il fait très chaud le jour, tandis que les nuits sont très froides ; - il y règne des calmes tropicaux au niveau des tropiques ; - les précipitations sont irrégulières, voire inexistantes (inférieures à 25 mm/an). - la végétation est elle aussi rare. En cas de faibles précipitations, pousse une végétation de courte taille, adaptée à la sécheresse : touffes d’herbes épaisses aux longues racines, buissons épineux, Acheb. On y rencontre aussi la steppe et les palmiers dattiers autour de certains Oasis ; - dans ces régions isolées, la plupart des bêtes, comme les chameaux, les gazelles etc., ne subsistent qu’au prix de longs déplacements pour trouver leur nourriture. D’autres animaux, insectes, lézards ou petits serpents, se cachent pendant le jour dans le sable ou à l’abri des rochers. - on trouve des sols qui on une mince épaisseur, riche en sel : ce sont des sols Calcaires ; - à part quelques exceptions, les déserts sont des régions endoréiques, sans écoulement vers la Mer ou l’Océan. Mais on y rencontre parfois des écoulements temporaires ou éphémère appelés oueds desquels se développe un ilot de verdure appelée Oasis. Autour des oasis, on trouve une population sédentaire qui pratique un jardinage (légume, blé, etc.,) et cultive les palmiers dattier qui clonent des dattes. B) CLIMATS DE LA ZONE TEMPEREE DE MOYENNE LATITUDE Climat Tempéré Méditerranéen a) Localisation : ce climat règne : - En Europe : au Portugal et au rivage de la Mer Méditerranée ; - En Afrique : à l’extrême Nord et Sud du continent ; - En Océanie : en Australie, en Nouvelle Zélande et dans quelques îles de l’Océan Pacifique. b) Caractéristiques : ce climat se caractérise par : - Les hivers doux et pluvieux, et les étés chauds et secs ; - Les pluies sont irrégulières durant l’année ;  - Le ciel reste lumineux à cause de la rareté de la vapeur d’eau et des pluies. - La végétation est pauvre, mais verdoyante : il s’agit des maquis et de la garrigue. - Il y a prédominance des mammifères (ânes, chevaux, moutons, etc.). - C’est le domaine des sols rouges châtains, gris calcaires et siliceux. - Les cours d’eau ont un régime irrégulier, et se sèchent souvent pendant l’été. Climat Tempéré Continental a) Localisation : ce climat règne à l’intérieur des continents : Américain, Européen, Asiatique et Océanique. b) Caractéristiques : ce climat se caractérise par : - Hivers froids et les étés chauds ; - Le printemps et l’automne sont de faible durée ; - Il y a une faible humidité pendant l’hiver. On parle de la neige ; - La végétation est composée de la forêt boréale, de la steppe et de la prairie ; - La faune est formée essentiellement de cerfs, de renards, de castors, etc. - C’est le domaine d’un sol très noir appelé Tchernoziom ; - Les fleuves ont un débit irrégulier. Climat Tempéré Océanique a) Localisation : on rencontre ce climat dans les littoraux de l’Europe occidentale, dans les rivages des cordillères des Andes en Amérique, en Nouvelle Zélande et dans quelques îles de l’Océan pacifique en Océanie. b) Caractéristiques : ce climat se caractérise par : - De faibles écarts de température, c’est-à-dire, une amplitude thermique faible ; - Les hivers sont rarement froids et les étés sont rarement chauds ; - Les pluies sont fréquentes, réparties sur toute l’année et dominent en hiver ; - Il y a de fréquents changements de temps ; - L’air est toujours chargé d’humidité. ; - La végétation est composée de forêts de feuillus (chênes et hêtres), de la prairie et la lande ; - Les animaux qui peuplent ce climat sont des mammifères : Ours, Chevaux, Anes, etc. - Le sol est essentiellement constitué d’un sol riche, appelé Podzol ; - Les fleuves de ce climat ont un débit régulier à cause de l’abondance des pluies. C) ZONE FROIDE DE HAUTE LATITUDE Climat Polaire Ce climat se localise au-delà des cercles polaires, et se distingue des autres climats par l’absence de la chaleur. Dans l’hémisphère Sud, il occupe l’Antarctique et l’extrême Sud de l’Amérique. Dans l’hémisphère Nord, il occupe l’Alaska, l’extrême Nord du Canada, le Groenland, l’Islande, la Norvège et l’Océan glacial Arctique. Il est caractérisé par : - Des températures très basses accompagnées d’un froid intense ; - De fortes amplitudes thermiques (avoisinant 100°C au pôle Sud) ;  - Des pluies irrégulières (50 à 200 mm / an), tombant sous forme de neige ; - La végétation est presque absente à cause de la présence des glaces ; mais on rencontre la toundra en certains endroits, végétation composée des mousses et de lichen. Climat des Montagnes Ce climat se localise sur les hautes montagnes du monde. Il présente des caractères communs : - Les températures sont généralement faibles et diminuent avec l’altitude (1°C/180m) ; - Le relief oblige l’air à s’élever en altitude pour provoquer des pluies sur le versant exposé au vent, tandis que le versant sous le vent reste sec ; - Les écarts des températures sont plus grands entre le jour et la nuit ; car, les journées sont plus chaudes et les nuits plus froides ; - La végétation est en étage et se dégrade avec l’altitude ; - La faune est essentiellement constituée d’espèces endémiques (spéciales). Micro Climat Un microclimat est un climat particulier à une région, ou à un milieu. C) IDENTIFICATION DU CLIMAT Le climat d’une station est déterminé à partir de la mesure des différents éléments du climat. On consigne chaque jour à heures fixes un ensemble d’informations : température, pluies, vents, insolation, humidité de l’air. La récapitulation sur une longue période permet de caractériser le climat agricole. Ces observations ne sont valables que pour l’emplacement du poste météorologique, mais servent de base pour définir le climat d’une région plus ou moins vaste suivant l’homogénéité du relief et de la végétation. Ces données chiffrées peuvent être contrôlées par l’évolution du rythme végétatif de plantes caractéristiques : observations phonologiques permettant de préciser l’état d’avancement des saisons; relations entre floraison de certaines espèces et possibilité de réaliser certains travaux agricoles. a) Principes de base - Partir des données thermiques et pluviométriques d’une station - Conversion de mm en cm - Calculer la moyenne annuelle de température - Relevé la température maximale et minimale - Application l’une des formules suivantes : 1. Si P ≤ 2 t : on se retrouve dans un climat sec = B. - Si P ≤ (tm + 7) : on se retrouve dans un climat de désert =W - et si la t°minimale ≥ t°Maximale : on se retrouve dans un climat chaud =h D’où le climat Bwh de la classification de Köppen ou climat désertique chaud.  2. Si P ≤ 2 (tm+7) : on se retrouve dans un climat f de la classification de Köppen ou climat humide (les pluies sont réparties durant toute l’année). - Si la t° minimale ≥ 18 °c (constante) : on est dans un climat A ou climat pluvieux D’où, le climat Af de la classification de Köppen ou climat équatorial. 3. Si P ≤ tm + 14 on est dans un climat w de la classification de Köppen ou climat de savane tropical. - Si P ≤ 2 (tm + 14) on est dans un climat Aw du type 1, soit 2, soit 3, soit 4, soit 5, soit 6 etc., de la classification de Köppen = t°Maximale -t°minimale 4. 5. b) Exercice DEUXIEME PARTIE AGROCLIMATOLOGIE CHAP. 1. EVAPOTRANSPIRATION 1.1. Composantes de l’évapotranspiration L'évapotranspiration(ET) est un terme qui englobe toutes les sources d’évaporation végétale sur une unité de territoire. Elle est le processus par lequel l'eau liquide ou solide dans la biosphère est transformée en vapeur d'eau. Ainsi, l’évapotranspiration s’exprime par la somme de ses composantes : ET = En + E + Es + Ei + Et ET=évapotranspiration, En=sublimation à partir de la glace (neige) en climat froid, E= évaporation à partir des surfaces d’eau libre (lacs, rivières), Es=évaporation à partir du sol, Ei=interception ou évaporation de l’eau sur la végétation, Et=transpiration ou évaporation de l’eau dans les stomates des feuilles, Feuille Et Goutte d'eau Es Ei E Couche de matière organique Sol minéral 1.2. Evapotranspiration potentielle L'évapotranspiration potentielle (ETP) est un terme proposé par Thornthwaite, (1948) pour représenter le taux d'évapotranspiration qui se produirait à partir d'un grand territoire complètement et uniformément recouvert de végétation bien pourvue en eau, et en l'absence d'advection et de stockage d'énergie. L’absence d’advection implique que l’on considère seulement les échanges verticaux. En réalité, il existe des relations entre les caractéristiques de la végétation, les propriétés de l'atmosphère et l'évapotranspiration actuelle et potentielle. Entre autres, l'atmosphère influence la transpiration et la végétation influence la turbulence, la température et l'humidité, qui modifient à leur tour les conditions atmosphériques. Ce qu’il faut retenir du concept d’ETP, c’est que la valeur de ETP, qui est théoriquement unique, mais elle change selon la méthode utilisée pour les calcules. En pratique, l'évapotranspiration potentielle est donc définie par la méthode utilisée pour son calcul. Les nombreuses méthodes qui ont été développées peuvent être classées selon les données qui servent à son calcul. 1. 3. Evaporation de l’eau libre (lacs, cours d’eau, eau interceptée) L’évaporation de l’eau libre peut être évaluée à partir des relations exactes basées sur le transfert de masse, le bilan d’énergie et le bilan hydrologique. Pour la pratique courante, des facteurs empiriques ont été introduits dans ces équations et d’autres relations ont été développées. Par exemple, l’évaporation de l’eau d’un lac peut être obtenue à partir des mesures d’un bac d’évaporation. Le facteur est généralement obtenu localement de façon empirique par la mesure d’Elacet Ebacet de paramètres climatiques. 1. 4. Processus d’interception 1. 4.1 Définition et composantes  L’interception est un terme dont la signification est en apparence simple, mais qui évoque des phénomènes différents selon les points de vue. L’interception évoque l’un des deux phénomènes suivants: Répartition de la précipitation Hamilton et Rowe (1949) ont défini l’interception comme le processus par lequel la précipitation qui arrive sur la couverture végétale est ensuite répartie par la chute, à t r a v e r s l’écoulement le long du tronc et l’évaporation. Interception ou perte par évaporation (Ei) Selon Horton (1919), l’interception est égale à l’eau emmagasinée sur la partie aérienne de la végétation, qui est ultérieurement évaporée, plus la perte en eau par évaporation durant l’épisode pluvieux. La partie évaporée(Ei) qui ne se rend pas au sol modifie quantitativement le bilan hydrique. Le processus en cause correspond à l’évaporation à partir d’une surface d’eau libre. Dans le présent texte, nous considérons que l'interception à la surface de la matière organique en sous-bois est très faible et que cette quantité est prise en compte par le stockage de rétention en surface (Section 3.4).Nous adopterons donc les définitions suivantes(Figure3.4). Répartition de la précipitation en forêt C'est le processus par lequel une partie de la précipitation est retenue par la couverture végétale et plus tard évaporée, tandis que le reste est distribué par l'égouttement à partir des cimes, l'écoulement le long du tronc et l'évaporation de l'eau pendant la précipitation. Interception (Ei) C'est la partie de la précipitation qui est évaporée sans atteindre la surface du sol. Ce terme correspond donc à l'interception par la partie aérienne dans certaines études. Interception par la végétation basse(Eib) C'est l'interception de l'eau par la végétation en sous-bois. En général, cette composante n’est pas mesurée, ou si les capteurs en sous-bois sont plus bas que les cimes de la végétation basse, l’interception de cette dernière est incluse dans Ei. Capacité de saturation de la partie aérienne (Cs) C'est la quantité maximale d'eau qui peut être retenue par la partie aérienne de la végétation. Évaporation durant un événement pluvieux ( P) C'est la partie de la précipitation qui s'évapore à partir des surfaces externes des plantes durant un événement pluvieux. Évaporation de l'eau emmagasinée sur les cimes à la fin d'un événement pluvieux (Ci) ≥ C'est la partie de la précipitation qui s'évapore à partir des surfaces externes après un événement pluvieux (Ci Cs). Précipitation brute (P) C'est le nom donné à la précipitation mesurée à découvert ou au-dessus du couvert. C'est le cas de la mesure dans les stations standards. Précipitation qui tombe au sol (Ps) C'est la partie de la précipitation qui tombe jusqu'au sol en sous-bois. Elle inclut la précipitation directe et la précipitation par dégouttement, mais elle exclut l'écoulement le long du fût. Précipitation directe(Pd) C'est la précipitation qui passe à travers les cimes et atteint directement le sol. Précipitation par dégouttement (Pg) C'est la précipitation retenue antérieurement par la partie aérienne et qui, tombant goutte à goutte, atteint le sol.  Écoulement le long du fût(Pf) C'est la partie de la précipitation qui s'écoule le long du fût et atteint le sol. Précipitation nette(Pn) C'est la précipitation totale qui atteint la surface du sol (litière ou sol minéral). 1.5. TRANSPIRATION La transpiration est l'évaporation de l'eau à partir du système vasculaire des plantes. Le processus comprend l'absorption de l'eau par les racines et la translocation de l'eau liquide jusqu'aux parois de la cavité stomatique des feuilles par le système vasculaire des racines, du tronc et des branches. L'évaporation se produit sur la paroi de la cavité stomatique et se déplace vers l'atmosphère par l'ouverture stomatique localisée sous la feuille, pour la plupart des espèces arborescentes(Figure3.5B). L’évaporation de l’eau se produit aussi à travers la cuticule des feuilles mais en quantité négligeable. Nous avons démontré que l’évaporation de l’eau libre se produisait selon la loi de Dalton (Équation3.2), c’est-à-dire en réponse à une différence de pression(e)entre la surface évaporante (ess) et la pression dans l’air à une hauteur Z (ea). La résistance aérodynamique, soit l’inverse de la conductance de l’air (1/Cat), contrôle le taux d’évaporation si l’énergie disponible n’est pas limitative(Figure3.6A). Le même principe s’applique à l’évaporation à partir d’un stomate (Figure3.5B). On considère que l’air est saturé dans la cavité stomatique et que la pression de vapeur correspond à la pression de vapeur saturante (es) à la température de la feuille. Cependant, dans le cas de la transpiration à partir d’une feuille, il y a une résistance supplémentaire (1/Cf) au déplacement de la vapeur d’eau(Figure3.6B).Le taux d’évaporation (transpiration Et) est donc réduit par rapport au taux(Ei) au-dessus d’une surface d’eau libre.  A Cellule épidermique Cellule de garde Noyau de la cellule Stomate demi ouvert Paroi épaisse de La cellule de garde Chloroplaste Face supérieure B CO2dissous H2O liquide Cavité stomatique Ouverture stomatique CO2 H2O Figure3.5 Schéma d'un stomate (A) Plan B) Coupe (Hewlett1982)  1.6. ÉVAPORATION D’UN SOL NU COMPARÉE À LA TRANSPIRATION L'évaporation à partir d'un sol humide non couvert de végétation ou d’un paillis se fait par les mêmes mécanismes que ceux contrôlant l'évaporation de l'eau libre. Toutefois, l’eau devant se déplacer dans le sol vers la surface, l’évaporation à partir du sol nu humide (Esnh) est plus faible que l’évaporation de l’eau libre. Ensuite, l'assèchement de la surface du sol réduit le taux d'évaporation après quelques heures. L'eau du sol est retenue par des forces capillaires de plus en plus grandes avec la réduction de la teneur en eau. L'eau cesse de remonter par capillarité jusqu'à la surface dès que la couche supérieure (5à10mm) s'assèche. À ce moment, l'eau liquide s'évapore dans le sol et doit se déplacer jusqu'à la surface sous forme de vapeur. La transformation de l'eau en vapeur à des profondeurs de plus en plus grandes(5,10,15,20mmouplus) dans le sol implique une diminution du gradient de pression de vapeur[(ess-ea)/ Z]entre la pression à saturation (ess fonction de Tsol) dans le sol près de la surface et l'atmosphère(ea). La diffusion de la vapeur d'eau dans le sol est un processus très lent et, généralement, le taux d'évaporation chute fortement après 1 à 2 jours sans précipitation. Sous des taux d’évaporation élevés, Priestlyet Taylor(1972) ont observé la formation d'une croûte sèche à la surface du sol après seulement 2 mm d'évaporation. LaFigure3.7, qui provient de données en climat semi-aride, permet de démontrer la faible évaporation d’un sol nu par rapport à un sol couvert de végétation. Dans le cas du sol nu, Schachorietal.(1967) soulignent que l’eau évaporée provient du1erm de sol, alors que le taux de transpiration (période sans pluie) augmente avec la profondeur du sol occupé par les racines. La forêt par comparaison comprend un réseau de racines qui occupe un grand volume de sol. L'eau de la matrice du sol est ainsi relativement près d'une radicelle vers laquelle elle peut se déplacer sous forme liquide suivant la relation de Darcy (section3.5.4).Les arbres maintiennent donc un taux de transpiration élevé durant une période plus longue par rapport au taux d’évaporation du sol nu. Lorsque la teneur en eau de la matrice du sol (potentiel matriciel fortement négatif) diminue en deçà d'une certaine valeur, la turgescence des feuilles diminue, les stomates se ferment et le taux de transpiration est réduit. 1.7. IMPORTANCE AGRONOMIQUE DEL’ÉVAPOTRANSPIRATION L’évapotranspiration annuelle en Afrique et dans le bassin du Congo varie d’environ 900mm lorsque la précipitation atteint 2000mm. Entre ces limites de la précipitation annuelle l’énergie disponible varie peu et ET augmente avec la disponibilité en eau (P). Au-delà de 2000 mm de P, l’eau est disponible, mais ET diminue sur certains sites à cause de la forte humidité de l’air ou d’une baisse de l’énergie disponible à cause des nuages. L’importance agronomique de ET est mieux illustrée lorsque Et est exprimé en% de P (Figure3.8). La proportion de P utilisée pour ET diminue en fonction de l’augmentation de la précipitation, comme l’illustre la courbe de Zangetal.(2001) pour l’ensemble des forêts tropicales humides. Quelques points représentatifs de ET dans le bassin du Congo ont été ajoutés et se situent dans le prolongement de la courbe de Zangetal. (2001). En Afrique, nous sommes en présence de la forêt semi-caducifoliée lorsque la précipitation annuelles est située entre1000 et 1500mm avec1 à 3 mois sous 30mm de pluie (BellefleuretParent2009). La perte par ET est représentative lorsqu’elle atteint 70-80%. Cependant, la contribution de l’interception, dont les courbes sont adaptées de Roberts et al.(2005), est relativement faible avec 15% de P, sauf en climat maritime. L’importance des pertes par interception par rapport à la précipitation est plus élevée en climat maritime où les apports d’énergie par advection durant les périodes pluvieuses sont élevés. Ainsi, pour ce type de forêt et celui de la forêt nuageuse de montagne basse (Tableau 3.2), la transpiration constitue la perte majeure par évaporationavecuntauxde50-60%de P. Avec l’augmentation de la précipitation, ET diminue en %, Ei demeure assez constant avec 15- 10% de P, sauf en climat maritime, et Et diminue progressivement. Vers 3500mm de précipitation annuelle Ei devient aussi important que Et(Figure3.8, Tableau3.2). À noter que Ei est de 17et31% des 1600mm de précipitation pour des sites au Nigeria et au Cameroun(PardifférenceauTableau3.2).Il est à noter que les données présentées à la Figure 3.8 et au Tableau 3.2 font ressortir une grande variabilité. Les valeurs de la transpiration en forêt tropicale humide tirées de Bruijnzeel(1990,2005) ont été obtenues directement par des mesures micro météorologiques, le bilan hydrique du sol ou le bilan hydrologique sur bassin, tandis que d’autres ont été obtenues par la différence entre ET et Ei. Le flux d’eau par drainage sous les racines ou l’évaporation à la surface du sol n’ont pas toujours été pris en compte dans les études en parcelle échantillons. TP Question1 Trois conditions atmosphériques doivent être satisfaites pour qu’il y ait une Chute de pluie. Quelle est la condition qui expliquerait le mieux l’effet d’un changement du couvert végétal (ex. conversion de la forêt en pâturage) sur la précipitation? Indiquez très brièvement pourquoi. Question 2 En supposant un bilan hydrologique moyen de la forêt congolaise où P= 1 500 mm, ET=1200 mm et Q=300 mm, quel serait le nouveau bilan en milieu agricole si la précipitation était réduitede10% et l’évapotranspiration de20% par la conversion de la forêt en agriculture? Question 3 (A) Quelle est l’évapotranspiration mensuelle si les données suivantes sont Disponibles: Évaporation eau libre =1mm Évap du sol en sous-bois=4mm Évap de l’eau interceptée=25mm Évap à partir des stomates=70mm (B)Quelle est l’importance en pourcentage(%) de chaque composante de L’évapotranspiration? Question 4 Les composantes du bilan hydrologique mesurées sur un bassin versant boisé qui ne contient pas de lac sont les suivantes: Précipitation annuelle=1400mm Transpiration annuelle=800mm Pluie mesurée en sous-bois=1180 mm Évaporation à la surface du sol = 40mm. Quel serait l’écoulement annuel sur ce bassin? Question 5 (A) Selon la Figure 2.10, l’évapotranspiration actuelle à Kinshasa est d’environ1 000 mm, tandis qu’elle est d’environ 800 mm à Lubumbashi au sud-est de la RDC. Expliquez cette différence. (B)Selon la Figure2.9, l’évapotranspiration potentielle(ETP) à Kinshasa dépasse de peu 1250mm, alors qu’elle est d’environ 1500mm à Lubumbashi. Expliquez pourquoi l’ETP est plus élevée que l’ET aux deux endroits et pourquoi l’ET est plus près de l’ETP à Kinshasa? Question 6 Quelle serait l’interception (en mm et en% de P) durant la saison des pluies Si les mesures suivantes ont été prises: Pluie à découvert (mesure standard) Représente la pluie au-dessus de la végétation=250mm Pluie en sous-bois, forêt tropicale dense=190mm Écoulement le long du fût non mesuré Question 7 En moyenne, quelles sont les valeurs annuelles de Ei, Et et ET pour une pluie annuelle de 1600mm correspondant à Kinshasa? Utilisez la Figure 3.8etcomparezaveclaFigure2.10pour l’ET. Expliquez votre réponse. Question 8 Dans une région forestière maritime où le brouillard est présent durant plusieurs mois de l’année, la précipitation verticale à découvert est de 1500mm. L’interception de la pluie estde20%.Durant les mois avec brouillard la pluie mesurée à découvert est de 500mm, tandis que la pluie Mesurée en sous-bois est de 700mm. (A)Quelle serait la réduction de la précipitation si la forêt était totalement coupée? (B)Exprimez l’apport supplémentaire de la précipitation par le captage du brouillard en pourcentage (%) de la précipitation annuellede1500mm mesurée à découvert. Question 9 La conversion de la forêt en cultures annuelles modifie les valeurs des composantes du bilan hydrologique. Chaque cycle de culture comprend une période de sol nu lors de la préparation du sol et de l’ensemencement, une période durant laquelle la densité du couvert végétal augmente continuellement et couvre la majeure partie du sol, et  une période plus ou moins longue ou les déchets de culture et les mauvaises herbes dominent. Ainsi, l’évaporation à la surface du sol, l’interception et la transpiration varient au cours de chaque cycle de production et ces valeurs dépendent de l’espèce cultivée et la densité de plantation. Avant la conversion de la forêt, la précipitation annuelle était de 1400mm. Les valeurs suivantes sont mesurées après la conversion en agriculture: Évaporation à la surface du sol=100mm Transpiration=640 mm Évapotranspiration=900mm. (A)Quel sera l’écoulement annuel après la conversion? (B)Quel sera le pourcentage(%) d’interception après la conversion? Question10 Pour un bassin versant de 10km 2, que représente l’augmentation de L’écoulement annuel (voirQuestions3.2et3.1) en débit moyen par seconde et en m 3d’eau moyens par jour? Question11 Vouscollectezunéchantillonde100cm et pesant 150g. Après l'avoir fait sécher dans un fourneau, l'échantillonne pèse plusque120g. Déterminez sa densité apparente, son contenu en eau volumétrique et la lame d'eau contenue dans le sol. (Densité de l’eau=1,0gcm -3) Question12 Quel serait le changement de la teneur en eau volumétrique du sol entre le début et la fin du mois pour la zone des racines, en tenant compte des caractéristiques suivantes: Superficie du bassin=1000ha Épaisseur de la zone des racines = 4m Précipitation pour 1 mois=10cm Évapotranspiration pour 1mois=5cm Débit spécifique moyen durant le mois=10m 3min-1km -2 Profondeur de la nappe phréatique=6m (B)Avec un débit de 100m 3min-1km -2, quel serait le changement de la teneur en eau volumétrique? Question13 Quelle serait la conductivité hydraulique saturée d’un sol mesurée avec le Montage illustré à la figure 3.15, si les valeurs suivantes étaient obtenues: Q=0,25 cm3/seconde X(longueur de l’échantillon)=40cm A(aire transversale de l’échantillon)=20cm2  Hauteur d’eau au-dessus de l’échantillon de sol=60cm Potentiel de pression mesuré à la base de l’échantillon de sol, p=80cm 1.8.Précipitation verticale En milieu tropical comme en milieu tempéré, la précipitation reçue par une parcelle ou un bassin versant provient essentiellement de la chute des gouttes de pluie (précipitation verticale, Pv) découlant de la condensation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère. Il s’agit de la précipitation mesurée à découvert dans une station climatique standard (Photo3.2) à l’aide d’un pluviomètre (ou pluviographe (Photo3.3), lorsque l’appareil enregistre la pluie en continu). Cependant, dans certaines régions du globe, le captage de la vapeur d’eau par condensation au contact de la partie aérienne de la végétation (précipitation horizontale, Ph) représente une source d’eau importante et fait l’objetdelasection3.1.3. 1.9. Précipitation horizontale ou occulte Certaines régions côtières et montagneuses sont fréquemment enveloppées dans les nuages et le brouillard (Photo3.4) (Satterlund1972). L'action principale de la végétation est d'agir comme une barrière(Photo3.5) et de favoriser la condensation de la vapeur d'eau lorsque celle-ci entre en contact avec la végétation (Photo 3.6). Les forêts localisées dans les régions où le brouillard est fréquent représentent un cas particulier quant aux effets de leur présence et de la coupe. La précipitation horizontale provient de l’interception positive. La mesure de la précipitation horizontale est obtenue par l’installation de pluviomètres en sous-bois. En présence de vapeur d’eau qui se condense seulement en contact avec la canopée, une certaine quantité de pluie sera captée en sous-bois, alors que la pluie mesurée à découvert (station standard) sera nulle ou très faible. En présence de précipitation verticale seulement, la canopée intercepte une partie de la pluie et la précipitation mesurée en sous-bois(Pau sol) est plus faible qu’à découvert, à cause de l’interception (section 3.2.5). En présence de pluie verticale et de captage de la vapeur d’eau par la canopée, la quantité mesurée en sous-bois augmente par rapport à Paus ol obtenue (cas précédent) avec la précipitation verticale seulement.  En Afrique du Sud, près de la Cité du Cap, les précipitations horizontales sont importantes sur la montagne. On note des augmentations de précipitations qui peuvent atteindre 250mm par mois et qui représentent en moyenne annuellement 170% de la pluie à découvert (Nagel 1956). Plusieurs études ont été réalisées en Californie pour déterminer l'effet des précipitations horizontales sur la distribution de la végétation (Cannon1901, Cooper1917, Byers1930, 1953, Prat1953). Des précipitations horizontales de 175à425 mm ont été obtenues sous des sapins de Douglas de la côte californienne durant une période estivale de 40jours sans pluie (Oberlander1956). Dans une région montagneuse de l'Australie, la précipitation sous le couvert forestier était de 80 à 350mm plus élevée qu'en milieu ouvert durant les périodes venteuses (CostinetWimbush1961). Les Îles Canaries constituent un cas exceptionnel. On rapporte autour des altitudes 950-1500 m des précipitations horizontalesd'environ2000mmensusdesprécipitations verticalesd'environ950mm par année (CeballosyOrtuno1952) (Figure3.1).