Hydrologie & Climatologie

ELEMENTS D’HYDROLOGIE

 Introduction : L’hydrologie est une science annexe à la Géographie qui a pour objet d’étude, l’eau. Elle étudie l’eau sous ses différentes formes, son origine, sa répartition à la surface de la terre, ses propriétés ou caractéristiques etc. Elle se divise en hydrologie continentale et en hydrologie marine ou océanographie. Pour ce qui est de l’hydrologie continentale, celle-ci se décline en deux branches : la limnologie ou étude des étendues lacustres et la potamologie ou études des fleuves et des cours d’eau.Dans ce cours, on s’intéresser aux notions de débit, de drainage, de régime, à celles de condensation, de précipitations et d’humidité et enfin au cycle de l’eau.

 I-                    NOTIONS DE DEBIT, DE REGIME ET DE DRAINAGE

 1-   Notion de débit. Le débit d’un cours d’eau est la quantité d’eau qui s’écoule en une section de ce cours d’eau. Il est exprimé en m³/s et dépend de : la pente, le sous sol, la vitesse du courant, du climat et des saisons (crues ou étiages). Les fleuves ayant les plus grands débits sont l’Amazone, avec un débit en période de crue de 180.000 à 200. 000 m³/s, en période de crues le Congo (50.000 m³/s).

 2-   Le régime d’un cours d’eau C’est tout simplement la variation de son débit au cours d’une année. Le régime s’apparente également au mode d’alimentation d’un cours d’eau. Dans ce cas, il peut être nival (alimenté par la fonte des neiges) ou pluvial (alimenté par les précipitations). De manière générale, le régime d’un cours d’eau est surtout fonction du climat  (équatorial, tropical, méditerranéen etc.), et des saisons.

 3-   Le drainage Il s’agit du mode d’écoulement des eaux. On distingue trois types de drainages : exoréique dans ce type de drainage, le cours d’eau atteint la mer ou se jette dans l’océan. Il concerne 81 % des cours d’eau dans le monde ; le drainage endoréique se dit des cours d’eau qui se jettent dans les lacs, les mers  fermées ou dépressions continentales (chotts) Ex. le Chari qui se jette dans le lac Tchad. Ce type de drainage concerne 17 % des cours d’eau et enfin, le drainage aréique : il concerne les régions arides et hyper arides, et ici l’écoulement est souterrain et occasionnellement en surface. Il concerne 2% des cours d’eau.

 II-                  NOTIONS D’HUMIDITE, DE CONDENSATION ET DE PRECIPITATION

 1-   Notion d’Humidité : c'est-à-dire la quantité de vapeur d'eau qui se trouve dans l'air. L’humidité relative est le pourcentage d'humidité, ou de vapeur d'eau, contenu dans l'air par rapport à la quantité maximum que peut contenir cet air avant de se condenser, c'est-à-dire avant de se transformer en gouttelettes d'eau.

 2-   Notion de condensation : La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état ou de passage de l’eau d'un état gazeux à un état condensé  sous forme solide  (autour de minuscule particule appelées noyaux de condensation) ou sous forme liquide(noyaux de précipitation ). Si la condensation se fait dans un air froid, on aboutit à des pluies solides. Si par contre c’est dans un air chaud, on a des pluies liquides. Lorsque que la vapeur devient saturée dans l’air on aboutit à la condensation qui forme les nuages. Les principaux nuages sont : les cirrus, les cirrocumulus, les altocumulus, les nimbostratus, les cumulonimbus, les stratus…

 3-   Notion de précipitation. C’est la chute d’eau à la surface de la terre sous forme solide, gazeuse ou liquide. Pour qu’il pleuve, il faut un grossissement des gouttelettes d’eau de l’ordre de 300 000 à  1 million de fois (effet Bergeron). Lorsque le poids des nuages devient supérieur à la poussé de l’air le nuage se décharge de son eau sous forme de pluie. En fonction des mécanismes pluviogènes c'est-à-dire les mécanismes qui engendrent les pluies, on distingue :

• Les pluies orographiques : elles sont dues à la présence d’un relief qui oblige la masse d’air à s’élever rapidement. Dans ce cas, on parle de détente et la température baisse de 1°C par 100 m. Il s’en suit alors la condensation, la formation des nuages et les précipitations sur le versant au vent tandis que le versant sous le vent est balayé par un vent sec et desséchant : foehn, chinook
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•  Les pluies littorales ou d’advection : Elles sont dues aux différences de températures et de pression entre les océans et les continents. Ainsi, lorsqu’une masse d’air quitte l’océan, elle rencontre sur le continent des conditions de températures et de pression différentes et est obligée de se décharger de ses eaux.

• Les pluies de convection : Elles sont dues à un réchauffement local de l’air par le sol et se produisent surtout dans l’après midi. Elles sont accompagnées d’orages

• Les pluies frontales : elles accompagnent le passage des fronts ou perturbations et se produisent lorsqu’un front froid passe sous un front chaud, l’obligeant à s’élever, ce qui aboutit à la condensation. En fonction des types de pluies, on distingue : les pluies solides : grêle, neige, gelée blanche, verglas, givre, les précipitations liquides (pluies) et les précipitations gazeuses (rosée)

III-                LE CYCLE DE L’EAU

C’est l’ensemble des échanges d’eau que connaissent les différentes enveloppes de la terre : atmosphère, hydrosphère et lithosphère. Au cours de ce cycle, les eaux passent d’un état à un autre. Ce cycle se fait sans apport ni acquisition. Et pour qu’il soit équilibré, la quantité d’eau qui quitte la terre sous forme d’évaporation ou d’évapotranspiration doit y retourner sous forme de précipitations. (Input= output)

Le moteur de ce cycle est le soleil et il se fait en trois phases.

1-   Evaporation et évapotranspiration : Lorsque les rayons solaires atteignent les molécules d’eau, celles ci s’évaporent au rythme de 430 000 km³ par an. Cette eau rejoint alors l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau. Cette évaporation dépend du vent, de l'ensoleillement, de la température. Parallèlement, les végétaux aussi perdent de l’eau par transpiration et respiration (un hectare de forêt libère 50 tonnes d’eau par jour) on parle d’évapotranspiration la quantité d’eau évaporée au dessus des continents est de 70 000 km³ par an. Cette vapeur d’eau se condense et forme des nuages qui vont occasionner des pluies. En somme, L'eau s'évapore de toutes les étendues d'eau, depuis la simple flaque jusqu'aux océans. De l'eau s'évapore aussi de la végétation : on parle alors d'évapotranspiration

2-   Précipitations Lorsque la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère devient suffisamment grande, la vapeur se condense sur des particules en suspension dans l'air pour former les nuages. Les nuages précipitent éventuellement sous forme de pluie, de neige ou de grêle. La quantité d’eau précipitée sur les océans est de 390 000 km³ (7/9) contre  110 000 km³ (2/9).

3-   Ruissellement, infiltration, percolation Lorsque les gouttes d’eau atteignent la surface de la terre, une partie est immédiatement évaporée,  une autre ruisselle pour alimenter les fleuves, les rivières. Une autre partie de cette eau s’infiltre dans le sol pour alimenter les nappes phréatiques et les aquifères (cycle court). Elle remonte souvent par capillarité pour former des sources et est utilisé par les arbres qui la puisent à travers leurs racines. L'eau peut également percoler (pénétrer lentement dans le sol) vers les couches les plus profondes pour alimenter les nappes captives ou artésiennes (cycle long)

ELEMENTS DE CLIMATOLOGIE

 La climatologie est une branche de la Géographie ou au moins une science connexe à la Géographie qui a pour objet d’étude les moyennes de phénomènes météorologiques sur une durée d’au moins trente ans : les climats. Le climat désigne donc l'ensemble des données qui caractérisent l'état moyen de l'atmosphère au dessus d'une région donnée. Pour trouver le type de climat d'une région, on étudie: les précipitations, les vents, les températures, la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère sur une durée de trente ans dite: La normale climatique.

 Leçon : FACTEURS ET TYPES DE CLIMATS

 On rencontre à la surface de la terre, une trame assez variée de climats. Cette mosaïque climatique est liée à la combinaison de plusieurs facteurs appelés facteurs du climat. Quels sont ces facteurs et comment influencent-ils les climats rencontrés à la surface de la Terre? Présentons d’une part les facteurs du climat et d’autre part, recensons les différents  climats rencontrés sur Terre.

 I- LES FACTEURS DU CLIMAT On appelle facteurs du climat, tout élément susceptible d’influencer ou d’influer d’une manière ou d’une autre sur le climat. On distingue deux grands facteurs naturels du climat : les facteurs dits cosmiques ou orbitaux ou planétaires et les facteurs dits géographiques ou azonaux

 1- LES FACTEURS COSMIQUES OU ORBITAUX OU PLANETAIRES Ils expliquent la division de la terre en trois grandes zones climatiques. Parmi eux, on a :

 - Le soleil : c’est le moteur du climat : c’est lui qui met en mouvement les masses océaniques et atmosphériques. Il influence le climat à travers ses éléments suivants : la constance solaire, c'est-à-dire la quantité d’énergie envoyée vers la terre, ses cycles qui se traduisent par une augmentation ou une diminution de ses activités et enfin par les rayons cosmiques qui influencent la formation des nuages de basse altitude.

 - L’orbite de la terre : les variations d’orbite de la terre sont à l’origine des changements soit de climat ou de saison sur terre. Ainsi entre 40.000 et 100.000 ans, l’orbite de la terre autour du soleil change : elle devient tantôt elliptique (éloignement du soleil de 187 millions de km) tantôt quasi circulaire (150 millions de km comme actuellement). Ces changements d’orbite appelés cycles astronomiques de Milankovitch expliquent les glaciations et les périodes inter glaciaires que connaît la Terre. Ainsi dans le schéma ci-dessous sur l’excentricité du climat on a trois orbite : une elliptique où la distance Terre soleil est de  187 millions de km, ce qui conduit aux période glaciaires et les deux autres où elle est quasi circulaire (150 millions de km) ce qui conduit à une période post glaciaire comme celle que nous vivons actuellement.  En outre, les changements d’orbites de la terre autour du soleil expliquent aussi les saisons: Si l'orbite de la terre était perpendiculaire au plan de l'écliptique, il n'existerait aucun climat sur Terre.

 - La forme de la terre : à cause de la forme de la terre, toutes les régions à la surface ne reçoivent pas la même quantité d’énergie. Cette différence explique ou alors est à l'origine des différents climats rencontrés sur la Terre: Ainsi, les régions polaires ne reçoivent qu'une infime partie du rayonnement solaire: ce sont donc des régions déficitaires et à climat froid, alors que les régions équatoriales et tropicales reçoivent d'importantes quantités de chaleur: ce sont des régions excédentaires ou à climat chaud.

 - La circulation atmosphérique générale : Grâce à ses composantes verticales, la circulation atmosphérique influence les différents climats rencontrés sur Terre : Les ascendances ou montées de l'air atmosphérique se traduisent par une évaporation importante et la formation des nuages à long développement vertical: On assiste donc à des climats pluvieux : équatorial et tempéré océanique ou continental. Par contre, la subsidence détermine les climats secs et  désertiques: l'air qui descend s'assèche au lieu d'apporter des précipitations: il s'en suit le développement des climats arides ou désertiques (chauds ou froids) dans la zone subtropicale et polaire (anticyclones subtropicaux et polaires)

 B- LES FACTEURS GEOGRAPHIQUES Ils expliquent les types et les nuances de climats. Parmi eux, on a :

 - Le relief : il influence le climat par les effets d’altitude et d’exposition des versants aux vents. Pour ce qui est des effets d’altitude, la présence d’un obstacle provoque la détente de l’air, ce qui conduit à la condensation et au déclenchement des mécanismes pluviogènes. C’est ce type de pluies qu’on a aux pieds des montagnes et qui explique pourquoi les régions des montagnes sont très arrosées : Mont Cameroun, Débundscha, CherraPounji etc. Il existe une dissymétrie entre le versant au vent très arrosé et le versant sous le vent très peu arrosé. Pour ce qui est des effets d’exposition des versants aux rayons solaires,  on distingue l’Adret et l’Ubac

 - Les courants marins : ils modifient le climat des régions côtières qu’ils baignent : ainsi, les courants marins froids sont à l’origine des déserts côtiers au niveau des côtes qu’ils baignent : Benguela (désert du Namib), Humboldt (désert de l’Atacama). Cette situation est due au fait que les courants froids inhibent les ascendances. Quant aux courants marins chauds, ils adoucissent le climat des régions qu’ils baignent : Le climat doux de l’Europe est dû au Gulf stream.

 - La végétation : Grâce à l’évapotranspiration, la forêt alimente l’atmosphère en eau, ce qui crée la condensation et augmente les pluies. C’est la raison pour laquelle il pleut beaucoup en forêt dense encore appelée forêt pluviale.

 - Les océans : ils constituent la mémoire lente du climat. Grâce aux différences de refroidissement et de réchauffement entre eux et les  continents, ils modifient les climats côtiers en contribuant aux pluies sur les continents. De plus, les océans sont des puits à carbone

 NB. L’homme modifie le climat en augmentant les émissions de gaz à effet de serre qui vont grimper les températures sur terre. En plus, les villes qui créent forgent leur propre climat à travers des dômes ou îlots de chaleur, ce qui tend à augmenter la température des centres villes alors que la périphérie a des températures inférieures au moins de 3 à 9 ° par rapport au centre ville (comparez Douala et Bomono situés à la même latitude). Il existe d’autres phénomènes qui modifient le climat c’est le cas de El Nino qui entraîne une augmentation des températures et de la Nina qui crée plutôt une baisse des températures, on a aussi PDO etc.

 II- LES TYPES DE CLIMATS De manière générale, il existe trois grandes zones climatiques dans le monde aux quelles correspondent divers types de climats: on a: les climats intertropicaux ou chaudes, les climats tempérés et les climats polaires ou froid.

 1-      La zone chaude ou intertropicale. Elle comprend comme types de climats :

 1-1 climat équatorial, Il se caractérise par une seule saison, de fortes précipitations dont les maximums d'intensité sont aux équinoxes, ainsi qu'une forte chaleur quasiment constante toute l'année. La température moyenne est de 26,9 °C. C'est un climat chaud mais humide, ce qui donne l'impression de moiteur. La pression atmosphérique est toujours basse. Les vents sont rares, hormis quelques tornades ou typhons liées à de faibles pressions locales. Les pluies sont presque quotidiennes pour un total annuel d'environ 1755 mm. Les pluies sont beaucoup plus abondantes aux équinoxes et ont lieu plutôt en soirée. 

 1-2 Climat tropical, il se caractérise par des précipitations peu abondantes, une amplitude thermique élevée, de fortes températures Il existe une saison sèche (faibles températures, précipitations quasiment nulles) et une saison humide (hautes températures, très fortes précipitations). On distingue le climat tropical humide, et le climat tropical sec.

1.3-Climat désertique : Le climat désertique est un climat caractérisé par un important manque d'eau liquide disponible, ce qui restreint fortement le développement de la vie animale et végétale. Ainsi, sauf exception, la présence humaine y est peu importante. Les régions désertiques peuvent être chaudes ou froides. Les précipitations y sont très peu abondantes ou tombent uniquement sous forme de neige dans certaines régions désertiques froides.

2- La zone tempérée: Elle comprend comme types de climats

2.1- Le climat subtropical : Le climat méditerranéen est un type de climat tempéré (ou « tempéré chaud » ou « subtropical de façade ouest », selon les considérations), qui se caractérise par des étés chauds et secs et des hivers doux et humides. Le terme de « méditerranéen » s'explique par sa présence caractéristique autour de la mer Méditerranée, mais d'autres régions du monde possèdent les mêmes conditions climatiques. Il s'agit des façades Ouest des continents, entre 30 et 40° de latitude

  2.2 : Le climat océanique : il se caractérise par des hivers doux et pluvieux et des étés frais et relativement humides, sachant que le maximum de précipitations se produit durant la saison froide. Il se rencontre sur la façade occidentale des continents, entre des zones à climat méditerranéen en se rapprochant de l'équateur et les zones à climat polaire en se rapprochant des pôles.

  2.3- Le climat continental : Le climat continental est un climat qui concerne des régions éloignées du littoral ou recevant les vents et précipitations de l'intérieur du continent à des latitudes moyennes. Il se caractérise par une forte amplitude thermique l'amplitude thermique annuelle atteint son maximum Ce sont des régions de hautes latitudes qui conjuguent les effets de la continentalité et des différences saisonnières.

 3- La zone polaire ou froide : climat polaire est un type de climat caractérisé par des températures froides toute l'année, sans chaleur estivale et avec des hivers glaciaux. Les températures moyennes du mois le plus chaud ne sont jamais supérieures à 10 °C, ce qui correspond à la limite de l'arbre. Il entraîne l'existence d'un pergélisol et ne permet aucune agriculture. Ce climat est caractéristique des côtes nord de l'Amérique, de l'Europe et de l'Asie, ainsi que du Groenland, de l'Arctique et de l'Antarctique.

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