Campus Virtuel de l'université 20 août 1955 - Skikda

UNIVERSITÉ 20 AOUT 1955, SKIKDA.

FACULTÉ DES SCIENCES.

DÉPARTEMENT D’AGRONOMIE.

MASTER 1 ‘’Sciences du sol’’

COURS PRÉPARÉ par: Mr DAOUD Abdelali.

MATIÈRE : BIO AGRO CLIMATOLOGIE.

SOMMAIRE DU CONTENU

INTRODUCTION.

1. CHAMPS de la BIOCLIMATOLOGIE.
   1. Champs et domaines de la bioclimatologie.
   2. L’atmosphère terrestre : siège du climat.
2. RAYONNEMENT SOLAIRE ET SYSTÈME « ATMOSPHÈRE-TERRE ».
   1. L’énergie solaire.
   2. La pression de l’air.
   3. Les météores.
   4. Les nuages.
   5. Définition et évolution d’une perturbation atmosphérique.
3. NOTION DE BIOCLIMAT ET DE TOPOCLIMAT.
4. CLIMATS ET PRINCIPAUX BIOMES TERRESTRES.
5. MÉTÉOROLOGIE ET PRODUCTION AGRICOLE.
   1. Définitions.
   2. Histoire de la météorologie.
   3. Observations agrométéorologiques.
   4. Autres applications agricoles.
6. ÉTUDE ET REPRÉSENTATION DU CLIMAT.
   1. Indices pluviométriques globaux (I_A d’« Angot », I_M de « Moral »).
   2. Indice du pouvoir évaporant de « De Martonne » 
   3. Indice xérothermique ou  diagramme ombrothermique de Bagnouls et Gaussen.
   4. Quotient pluviométrique d’Emberger.
   5. La somme des températures durant le cycle cultural.

4.      Observations de caractères biologiques.

5.      Observations agrométéorologiques liées à la gestion des sols.

VII. INSTRUMENTATION.

1. Paramètres météorologiques fondamentaux mesurés.
2. Les principaux appareils de mesures ou capteurs.

• Mesure du rayonnement.
• Mesure de la pression de l’air.
• Mesure de la température  de l’air et du sol.
• Mesure de l’humidité de l’air.
• Mesure des précipitations.
• Mesure du vent.

1. LA PROBLÉMATIQUE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INTRODUCTION.

L’atmosphère, siège du climat terrestre, se caractérise par la variabilité spatio temporelle de ses facteurs et paramètres physiques et climatiques (composition, latitude, altitude, couverture végétale, relief, exposition, rayonnements, température, pression de l’air, pluie, humidité de l’air, vent, évaporation, etc.).

Dans le domaine l’activité agricole, en particulier, il joue un rôle primordial dans la croissance,  le développement et le rendement des cultures. Mais, il peut aussi entraîner des contraintes physiques et biologiques souvent préjudiciables à la production, à court, moyen et/ou à long terme, dans ses manifestations extrêmes. Sa connaissance devient un outil précieux pour l’organisation des interventions techniques liée à la gestion optimale d’un espace agricole.

La perspective d’une agriculture productive rentable s’appuie sur une bonne connaissance du climat réel au niveau de la parcelle, de l’exploitation et de tout espace agricole, par la mise en évidence de différents états du milieu afin de situer leurs potentialités productives.

Ensuite, la prévision météorologique est un moyen supplémentaire de décider, après mesure et analyse des données agrométéorologiques, des interventions nécessaires lorsque les valeurs climatiques à court et moyen terme ne coïncident pas aux conditions optimales de croissance et de développement des cultures.

Dans ce sens, les investigations à entreprendre se décomposent en deux domaines complémentaires

• L’agrométéorologie, source de données mesurées et d’informations variées valables en temps réel, utile aux activités de conduite d’une exploitation et capable de déduire par des analyses plus ou moins complexes, les états de l’atmosphère, le sol et/ou la végétation.
• L’agro climatologie permet d’analyser les données climatiques recueillies :

ü  Sur le court et moyen terme : apprécier les bienfaits du climat sur les cultures en place, anticiper et prévoir les risques climatiques.

ü  Sur le long terme : apprécier les potentialités de production d’un espace donné pour une culture ou un système de cultures.

Ces deux aspects de la météorologie agricole offrent la perspective d’une meilleure gestion des interventions agricoles et un moyen d’optimalisation de la production par :

• L’OBSERVATION de l'atmosphère grâce à un réseau de stations de mesures en surface des différents paramètres climatiques utiles pour l’activité agricole.
• La COMPRÉHENSION de la dynamique globale, les perturbations, les phénomènes météorologiques et la prévision. 
• Le RAISONNEMENT par l’élaboration de stratégies à court, moyen et long terme, connaître les risques climatiques agricoles, prévenir les risques phytosanitaires, planifier le suivi des cultures et faciliter l'accès à l'information agrométéorologiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. CHAMPS de la BIOCLIMATOLOGIE.
2. Champs et domaines de la bioclimatologie.

La bioclimatologie inclut deux disciplines interdépendantes :

• La climatologie : science ou étude du climat conçu comme l’ensemble des états de l’atmosphère en un lieu donné sur une période assez longue (30 ans minimum)
• La biogéographie : étude de la répartition des êtres vivants (animaux et végétation) et de leurs communautés à la surface du globe.

Le moteur du climat de la Terre est le rayonnement solaire qui se caractérise par la variabilité de son intensité et de sa durée pendant la journée (lever-zénith-coucher) et tout au long de l’année,  par l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre autour d’elle-même (jour et nuit) et sa rotation autour du soleil (saisons).

D’autres éléments influent sur la variabilité du climat sur le globe terrestre : la latitude, l’altitude, la couverture végétale, les étendues d’eau (océans, mers), la continentalité, la présence des étendues d’eau (lacs, barrages, etc.), les courants marins (chauds et froids) et l’exposition au rayonnement solaire.

La combinaison de ces influences détermine des tendances climatiques au niveau terrestre  allant de l’échelle planétaire (la circulation générale atmosphérique) à la région (macro climat), à la station topographique (topo climat), à la parcelle, le couvert végétal, la plante ou la feuille (micro climat).

Ces facteurs climatiques et biogéographiques déterminent par leur influence des paramètres spatio temporels et qui expliquent et caractérisent les tendances de climat, la répartition et l’organisation des organismes vivants (flore et faune) (Fig. 01).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La réunion ou l’association ou la combinaison des éléments climatiques et biogéographiques est la base de la bioclimatologie selon le schéma ci-dessous.                                                                       BIOCLIMATOLOGIE ÉTUDE DU CLIMAT EN TANT QU’ENSEMBLE DES ÉTATS DE L’ATMOSPHÈRE EN UN LIEU DONNÉ (30 ANS SELON OMM).                   RÉACTION DES VÉGÉTAUX VIS-A-VIS DU CLIMAT. ÉTUDE DE LA RÉPARTITION DES ËTRES VIVANTS (ANIMAUX ET VÉGÉTATION) ET COMMUNAUTÉS A LA SURFACE DU GLOBE. Facteurs Paramètres Paramètres Facteurs Cosmiques .Astronomie .Rayonnement .Latitude Géographiques .Terres/Mers .Courants marins .Altitude .Reliefs .Végétation .Ensoleillement . Nébulosité .Température .Humidité air .Pression .Vents .Neige .Grêle .Grésil .Rosée .Gel et gelée     . Répartition des espaces . Organisation des communautés végétales     Biotiques Abiotiques .Relief .Eléments climats Anthropiques

CLIMATOLOGIE

BIOGÉOGRAPHIE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 01- CHAMPS DE LA BIOCLIMATOLOGIE.

 

 

1. L’atmosphère terrestre : siège du climat.

L’atmosphère se subdivise en quatre couches ou strate : la troposphère, la stratosphère, la thermosphère et l’exosphère.

La TROPOSPHÈRE est la couche de l'atmosphère terrestre située jusqu'à une altitude d'environ 10 km de la surface du globe. Elle englobe 3/4 de la masse totale de l'atmosphère. La plupart des phénomènes météorologiques y évoluent et donc, peut être considérés comme le siège du climat.

De plus, le cycle de l'eau débute dans cette couche. En effet, avant de tomber l’eau des précipitations s’y trouve sous forme gazeuse (vapeur d'eau), liquide (nuages, pluie) ou solide (cristaux de glace dans les nuages, neige, grêle, grésil).

La troposphère se caractérise par une décroissance de la température avec l’altitude et résulte d’une croissance adiabatique de la pression exercée par l’air.

Il est à rappeler que :

• Le gradient adiabatique de l’air sec est de l’ordre de 1° C par 100 m d’altitude,
• Le gradient adiabatique de l’air humide est de l’ordre de 0,5°C par 100 m d’altitude.
• L’isotherme 0 °C moyen se situe à 2000 m d’altitude.

Adiabatique : sans échange de chaleur avec l’extérieur.

Dans la troposphère, la composition de l’air est la suivante :

• Azote (N₂) 78% ;
• Oxygène (O₂) 21% ;
• Argon (Ar) 0,9% ;
• Gaz carbonique (CO₂) 0,04 % ;
• Gaz rares 0,07%.

Au fur et à mesure que l’altitude augmente, ces masses gazeuses diminuent. Par exemple la quantité d’oxygène en altitude se raréfie.

Vient ensuite la STRATOSPHÈRE où, vers 20-30 km d’altitude, se trouve la couche d’ozone qui empêche les rayonnements UV d’atteindre la surface terrestre.

Au-dessus de la stratosphère, il y a la THERMOSPHÈRE qui renferme l’ionosphère où les particules chimiques sont chargées.

Enfin, l’EXOSPHÈRE est considérée comme la conche transitoire avant le vide sidéral (Fig. 02).

 

 

 

 

EXOSPHÈRE	Km   800	Millibar ou hectopascal
480-980°C (Nuit)                                                                                                           1200-1700°C (Jour)   - - - - - - - - - - - - -IONOSPHÉRE (domaine des navettes)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -   - - - - - - - - - - - - - - -  - - - - - - - - - - - - Thermopause- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -   - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  - - -  - Mésopause- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - --         THERMOSPHÈRE           - - - - - - - - - - -- - - - - - - --  Stratopause- - - - - - -- - - - - - - - - - - -	200   90 85 50	10-4 0,1 1
-5°C   - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Couche d’ozone- - - - - - - - - - - -  - - - - - - - - - - - - - - - - - -                                      - 45°C      STRATOSPHÈRE          - 80°C    - -  - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  Tropopause- - - - - - - - - -	25	26
Mont Everest 8848 m (Himalaya)       Ci.                                                                               Ci.St                                                          St.Cu.  A.Cu ou   A.St     Isotherme 0°C - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - -  Cu - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  TROPOSPHÈRE                                                          Cu.Nb      Nb.Cu	10 08 06 04 02 01	250         1013

                                                                      15°C à la surface terrestre

Figure 02- COMPOSITION DE L’ATMOSPHÈRE.

Remarque : « Ci, Ci.St, St.Cu, A.Cu, A.St, Cu, Cu.Nb, Nb.Cu » sont des types de nuages et leur position en altitude (voir détails chap. 2.3.).

 

 

 

 

1.  RAYONNEMENT SOLAIRE ET LE SYSTÈME « ATMOSPHÈRE-TERRE ».
2. L’énergie solaire.

Le soleil est le moteur énergétique principal du système « atmosphère-terre ». Son  rayonnement traverse l’atmosphère et inonde la Terre, sous forme d’ondes électromagnétiques de courtes longueurs d’onde (CO) et de longues longueurs (GO).

L’atmosphère, par sa composition, joue un rôle déterminant en ce qui concerne la vie sur Terre par :

• L’absorption des UV néfastes grâce à la couche d’ozone.
• L’absorption des rayonnements GO responsables de l’effet de serre atmosphérique essentiel à la vie sur Terre.

Le bilan radiatif de ce système permet d’établir le rayonnement net ou l’énergie disponible sur Terre et qui est transformée sous forme :

• Chimique : photosynthèse (lumière visible).
• Chaleur sensible fournie par la surface terrestre (océans, mers, continents) et l’air.
• Chaleur latente sous forme d’évaporation d’eau disponible.

En effet, l’atmosphère et la Terre sont aussi des sources de chaleur pour le système puisque chacun reçoit, absorbe et en stocke l’énergie solaire. Et, les rayonnements lumineux y sont réfléchis (RÉFLEXION), émis (ÉMISSION) et transmis (TRANSMISSION) selon les propriétés de chaque milieu.

Enfin, la rotation de la Terre autour du soleil et autour d’elle-même,  l’inclinaison de son axe de rotation sont responsables de la présence des saisons et déterminent la caractéristique principale du climat : sa variabilité dans le temps et l’espace.

1. La pression de l’air.

La diminution de l’intensité et de la durée du rayonnement solaire de l’équateur vers les pôles détermine une répartition générale des masses d’air atmosphériques. C’est elle qui régit la circulation atmosphérique (voir schémas ci-dessous).

En partant de l’équateur vers les pôles, trois cellules (Hadley, Ferrel, Polaire) d’air, en mouvement constant vertical et horizontal en surface et en altitude,  génèrent des vents et un positionnement de masses d’air dites « permanentes »: les masses de haute pression et les masses de basse pression (Fig. 04).

Figure 04- CIRCULATION GÉNÉRALE ATMOSPHÉRIQUE.

Toutefois, la Terre étant constituée d’océans-mers et continents dont des caractéristiques de surfaces sont différentes, la répartition des masses d’air se trouve largement influencée sur les continents. En effet, océans et mers constitués d’eau seulement et sans relief et les continents constitués de roches avec un relief, des chaînes de montagnes ayant diverses orientations,  une couverture végétale allant de la plus dense à nulle, fait que la répartition des masses d’air est biaisée, décalée et déformée sur les continents par rapport aux océans et mers.

Les masses d’air sont distinguées par la mesure de la pression. Elles sont de deux types :

• Les masses d’air de basse pression dite « cyclone » ou « dépression » dont la valeur est < 1013 millibars (mb). Ces masses d’air peuvent engendrer ou causer les perturbations atmosphériques  et les précipitations.
• Les masses d’air de haute pression dite « anticyclone » dont la valeur est > 1013 millibars (mb). Ces masses d’air déterminent, en général, le « beau temps ».

Le suivi des mesures simultanées de la pression en différents points (« stations synoptiques ») à l’échelle d’un espace donné (la Méditerranée occidentale par exemple) permet de suivre l’évolution de ces masses d’air et de d’effectuer des prévisions météorologiques.

Aujourd’hui, avec le développement d’autres moyens de mesure comme les satellites, les radars, la  vitesse d’enregistrement et de transmissions des données et la modélisation, il est possible aujourd’hui de prévoir le temps sur plusieurs jours avec des marges d’erreurs acceptables.

 

 

1. Les météores.

Un météore est tout phénomène perceptible dans l'atmosphère ou à la surface du globe. Il peut se manifester sous forme solide (poussière, neige, grêle, glace) aqueuse (nuage, pluie), gazeuse (vapeur d’eau de l’air), électrique ou optique (rayonnement, éclair),  et aériens (vents). 

L'intérêt des météores est multiple, la plupart forme l’ensemble des éléments constitutifs du « temps » qu’ils font et défont (soit en « beau temps » ou en « mauvais temps »).

Leur étude a permis de mieux connaître les propriétés de l'atmosphère, ses couches supérieures et certains phénomènes physiques comme l'électricité ou la lumière.

Leur mesure et leur interprétation ont été possibles grâce, entre autres, à la météorologie et ses applications, comme la climatologie, la bioclimatologie ou l’agrométéorologie.

1. Les nuages.

Les nuages constituent une énorme masse d’eau condensée concentrée exclusivement au niveau de la troposphère, d’où sont issues les précipitations. On distingue 04 principaux types de nuages :

      Les NIMBUS (Nb) : de basse altitude, sombres.

      Les CUMULUS (Cu) : à développement vertical important, clairs blanchâtres. 

      Les STRATUS (St) : à moyenne altitude sous forme de strates couvrant partiellement ou totalement le ciel (voile), clairs  à gris clair.

      Les CIRRUS  (Ci) : les plus hauts en altitude, blanc clair, de forme cotonneuse.

Toutefois, des combinaisons entre ces différents nuages peuvent se produire et donner des :

• Nimbo-Cumulus (Nb. Cu).
• Altocumulus (A. Cu).
• Cumulo-nimbus (Cu. Nb).
• Nimbo-stratus (Nb. St).
• Strato-cumulus (St. Cu)
• Alto-stratus (A. St).
• Cirro-cumulus (Ci. Cu).
• Cirro-stratus (Ci. St).

Le terme « Alto » (A) correspond à une formation nuageuse au niveau moyen de la troposphère.

Les nuages qui donnent des précipitations sont les Nimbus et les Cumulus et les combinaisons avec ces nuages sauf (Ci. Cu). Lorsqu’ils sont condensés en une masse plus ou moins compacte, ils donnent naissance à des perturbations atmosphériques.

 

1. Définition et évolution d’une perturbation atmosphérique.

L'expression « perturbation atmosphérique » exprime la naissance de phénomènes météorologiques engendrant une dégradation du temps au cours de l'évolution d'une masse d’air dite  «  cyclone » ou « dépression », pouvant aller parfois jusqu'à générer des tempêtes.

Sous nos latitudes tempérées, entre le tropique du cancer et le cercle polaire nord, les sont générées par les cyclones structurés en front chaud et front froid, évoluent jusqu’à l’occlusion et la disparaissent. Comme elles peuvent désigner une zone nuageuse orageuse isolée dite « localisée » (fig. 05, 06 et 07).

Figure 05- IMAGE PAR SATELLITE D’UNE PERTURBATION ATMOSPHERIQUE.

 

 

 

Figure 07- REPRÉSENTATION DE LA PERTURBATION EN COUPE.

Figure 06- SCHÉMA EN PLAN D’UNE PERTURBATION ATMOSPHÉRIQUE FRONTALE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. NOTION DE BIOCLIMAT ET DE TOPOCLIMAT.

Le rôle du relief est essentiel sur le plan de la distribution bioclimatique de l’espace. En effet, la densité et la diversité  de la végétation  dépend de(s) :

• L’exposition ou de l’orientation des versants montagneux aux rayonnements solaires (ubac et adret).
• Gradients altitudinal (étagement de la végétation).
• La différence de pluviosité liée à l’exposition aux vents pluvieux (versants au vent, versants sous le vent).
• L’éloignement ou le rapprochement de la mer engendre + ou -- des précipitations et + et – d’humidité de l’air.

Aussi, l’influence du relief et la distance par rapport à la mer est, en général, bien marquée sur le plan de la pluviosité. Le relief agit par son altitude,  son exposition et sa situation face aux vents pluvieux.

Cette situation détermine un ensemble de paramètres climatiques différents selon l’altitude : la pression, le rayonnement, température diminue de 5 °C en moyenne tous les 1000 m, les précipitations augmentent, l’humidité de l’air est plus faible (air sec), l’évaporation plus intense en temps clair, la neige fréquente et plus abondante par rapport aux plaines, le brouillard plus fréquent, etc.

Pour résumer le/la :

• Lumière : la raréfaction de l’air en altitude rend la lumière plus intense et les UV en plus grande quantité.
• Température : la température a tendance à diminuer au fur et à mesure que l’altitude augmente.
• Vent : le vent devient plus fort en altitude. En particulier si la montagne est haute et isolée
• Humidité : l’air devient plus sec en altitude et l’évaporation s’accroît  par ciel dégagé. En revanche, la nébulosité, la pluviométrie et l’enneigement sont plus accentués qu’à basse altitude.
• Abaissement des températures et enneigement : la réduction de la période de végétation (repos végétatif plus long) est une des conséquences.

Avec l’altitude, la forêt cède progressivement la place aux arbustes, buissons, landes et pâturages d’altitude. Et ce, jusqu’à une limite où la végétation ne peut plus s’installer.

1. CLIMATS ET PRINCIPAUX BIOMES TERRESTRES.

Sur la base de la répartition des terres, des océans et des mers, de la circulation générale atmosphérique, de la latitude,  de l’altitude, de la disposition des reliefs terrestre et de leurs orientations, des caractéristiques des surfaces terrestres (présence ou absence de couvertures végétales en particulier), la Terre comporte, à grandes échelles, les climats suivants : Équatorial - Tropical – Mousson – Méditerranéen – Océanique – Chinois - Aride- Continental – Montagnard - Polaire.

Chacun de ces climats a permis le développement de différents biomes comme :

• Inlandsis (vaste glacier des hautes latitudes, Antarctique et Groenland, masquant le relief sous-jacent) et
• Déserts polaires (Nord Canada et Sibérie).
• Toundra (formations végétales discontinues dans les régions de climat froid, formées de peu de graminées, de mousses, de lichens et quelques arbres naine comme les bouleaux).
• Taïga  (forêts de conifères qui longe le nord de l’Eurasie, au sud de la toundra, et Amérique du nord, USA et Canada).
• Forêts de feuillus à feuilles caduques tempérées.
• Prairies  (Usa, Canada, Pampa en Argentine.
• Forêts subtropicales à feuilles persistantes.
• Forêts méditerranéennes à feuilles persistantes.
• Forêts des moussons  (Pakistan, Inde, Bengladesh ou péninsule indo chinoise).
• Déserts et broussailles xérophytes (Nord Sahara, désert de Gobi, Mongolie).
• Steppe aride (Afghanistan, Pakistan)
• Steppe semi aride (steppe alfatière du sud algérien).
• Déserts arides (Sahara. Ténéré, Namibie, désert d’Australie)
• Savanes et forêts claires (Afrique tropicale).
• Forêts tropicales à feuilles caduques.
• Forêts à feuilles persistantes tropicales (Amazonie).
• Toundra alpine (Cordillère des Andes, désert de Gobi).
• Forêts de montagnes (Appalaches, Himalaya, Alpes).

1. MÉTÉOROLOGIE ET AGROMÉTÉOROLOGIE.
2. Définitions.

La météorologie, en tant que science de l'atmosphère, comprend l'étude du temps et du climat sous forme de combinaisons des facteurs et des paramètres climatiques (météores) réalisées dans l'atmosphère.

Le temps est l'ensemble des valeurs qui, à un moment donné et en un lieu déterminé, caractérisent l'état atmosphérique.

Quant au climat, c’est un ensemble constitué par la série des états de l'atmosphère au-dessus d'un lieu dans leur succession habituelle.

Mais, sur une longue période (30 années au moins, selon l’OMM), le climat représente l’ensemble des tendances stables résultant de conditions permanentes.

1. Histoire de la météorologie.

La météorologie est aussi ancienne que l'agriculture. L'homme observe le temps depuis qu’il a commencé à cultiver la terre. Cependant, la météorologie moderne actuelle a pris une autre dimension dans la mesure où elle permet d’observer, de mesurer, d’enregistrer, de transmettre, de traiter, d’exploiter et de prévoir le temps à tout moment et en tout lieu donné. Grâce, en particulier, à la numérisation des appareils de mesure et à l’internet.

Ainsi, elle permet d'appréhender de façon objective et réaliste l'impact des différents éléments du temps sur l'agriculture par la combinaison des observations météorologiques et agricoles par le biais de l'agrométéorologie.

Les observations agrométéorologiques sont de deux types, celles liées au milieu physique et celles de caractère biologique.

1.  Observations agrométéorologiques.

Les observations météorologiques portant sur les éléments physiques liées à l’atmosphère et au sol comportent :

ü  La température de l'air.

ü  Les températures extrêmes (mini, maxi).

ü  La température du sol à des profondeurs de 5, 10, 20, 50 et 100 cm ainsi que d'autres profondeurs pour des observations faites à des fins spéciales ou dans une région forestière.

ü  Les précipitations (hauteur, volume, quantité, intensité et durée).

ü  L’évaporation par bac.

ü  L’insolation et le rayonnement solaire global.

ü  La direction et la vitesse du vent.

ü  L’humidité du sol (contenu en eau volumétrique) à différentes profondeurs.

ü  L’humidité relative de l'air.

ü  Les éléments du bilan hydrique: grêle, rosée, brouillard, évaporation sol nu, transpiration des plantes cultivées, interception des précipitations, ruissellement, drainage et niveau de la nappe phréatique.

Il y a lieu d’ajouter à ces éléments physiques, les conditions météorologiques pouvant porter préjudice aux cultures tels le gel, la gelée blanche, la grêle, la sécheresse, les inondations, les coups de vent et les vents extrêmement chauds et secs, les dégâts causés par les tempêtes de sable et de poussière ainsi que les incendies de forêt ou de maquis.

Ces observations des éléments physiques de l’atmosphère forment une banque de données utiles pour :

• Evaluer les productions agricoles et sylvicoles de façon effective ou potentielle et d'estimer les dégâts causés ou favorisés par l'environnement aux produits agricoles
  • Etudier les différents aspects des climats locaux et régionaux et les causes de leurs changements intéressant l'agrométéorologie.
  • Concevoir des modifications du climat réalisables par une intervention humaine : remembrement des terres agricoles, aménagement hydro agricole, opérations sylvicoles à grande échelle, mise en valeur de terres, etc.
  • Définir des paramètres agronomiques importants dans la planification des opérations agricoles (début et fin de saison, longueur de saison et séquence de périodes sèches).

4.      Observations de caractères biologiques.

Dans l’ensemble, les observations à caractères biologiques sont liées à l'état des cultures et des plantes et sont relatives à :

      La phénologie: identification des différents stades phénologiques de la plante. Par exemple; levée, tallage, élongation des tiges, épiaison-floraison, maturité, pour une céréale par exemple ou pour toute espèce d’arbre fruitier.

      La croissance des plantes utile à l'établissement des relations bioclimatiques.

      Rendements qualitatif et quantitatif des plantes.

      L’état sanitaire des plantes : apparition des parasites et maladies et les dommages qu'ils causent.

      La densité des semis.

      Au suivi des caractéristiques propres à la plante: longueur et diamètre des tiges, épis, fibres, composition chimique de la récolte, etc.

      Aux dommages causés par les tempêtes de poussière et ou de sable sur les cultures et les incendies de forêts, de maquis, de garrigues ou couverts végétales naturels destinés aux pâturages.

5.      Observations agrométéorologiques liées à la gestion des sols.

Le sol est un réservoir pour les besoins hydriques des plantes (croissance et développement). Son eau provient des précipitations dont le caractère aléatoire exige de les quantifier quant à leur utilisation en cas de déficit (irrigation) et de lutter contre leur excès (inondation, drainage, érosion).

La quantification des précipitations et la gestion de l’eau dépendent principalement de la pluviométrie. Cette dernière est importante aussi dans la gestion et la conservation des sols en tant que facteur de dégradation de leurs structures. Leur étude demande la connaissance de :

• Leur hauteur pour déterminer s’il y a excès ou déficit, si le sol peut être travaillé ou non après une pluie, programmer les interventions culturales.
  • Leur variabilité pour évaluer leur distribution spatio temporelle.
  • Leur intensité, leur durée et leur fréquence, en particulier les plus intenses (courtes et volumineuses) sont le facteur de dégradation des sols le plus important des sols, phénomène de battance, diminution  de l’infiltration, accroissement du ruissellement et accélération de l’érosion hydrique des sols.

6.      Les échelles d'observation.

Les stations météorologiques et agrométéorologiques d'observation sont des lieux où les éléments météorologiques sont mesurés (stations classiques) et/ou évalués (stations automatiques) les éléments météorologiques. Il est à signaler que les stations classiques sont de plus en plus abandonnées au profit des stations automatiques.

Les observations peuvent s'effectuer à différentes échelles selon les besoins et les objectifs visés par leur utilisation. Dans l’ensemble, trois échelles d’observation existent :

• Echelle macro climatique : les observations à cette échelle sont menées sur l'ensemble d'une région. Elles nécessitent un réseau de stations d'observations fournissant des données régulières et permanentes (stations synoptiques) afin de caractériser le temps présent, étudier le temps passé et prévoir les scénarios futurs de son évolution.
  • Echelle topo climatique : elle concerne des zones moins vastes où les paramètres climatiques mesurés sont relativement homogènes en tout point (plaines, vallées, versant, sommet, terrasses, etc.). Cette échelle est favorable à la planification et au suivi des activités agricoles sur le plan de la production agricole.
  • Echelle micro climatique (parcelle agricole, végétal, organe végétal) : elle permet de mener  des études plus fines conduites à ces niveaux afin de mieux définir les relations et interactions entre les éléments physiques et biologiques d’un milieu.

1. ÉTUDE ET REPRÉSENTATION DU CLIMAT.

La représentation du climat se base sur des études synthétiques statistiques et la modélisation des variables météorologiques mesurées sur de longues périodes (30 ans minimum selon l’OMM) dans le but de le caractériser et le classer.

Les plus connues et les plus simples se font par le biais des indices climatiques pour différencier les nuances climatiques. De telles études sont effectuées essentiellement par le biais des :

• Précipitations (moyennes, minimales, maximales).
• Températures (moyennes, minimales, maximales).

En particulier, en raison de leur influence sur la croissance et le développement des végétaux.

Ainsi, la méthode de classification de Köppen peut être consultée facilement sur le Web.

Quant aux indices climatiques, ils permettent de caractériser qualitativement soit de manière globale  ou synthétique le climat d’une région donnée. Comme par exemple la région méditerranéenne par exemple. Les plus usités sont :

ü 

ƩP (6mois les plus chauds)                           P   (P moy/an en mm) IA  = ------------------------------     et   IM  = ---------           ƩP (6mois les plus froids)                             T   (t° moy/an en °C)

Les indices pluviométriques globaux (I_A d’Angot, I_M de Moral).

 

ü  L’indice d’aridité de De Martonne (I_DM).

 

P               (P moy/an en mm) IDM  = ------------             T + 10         (t° moy/an en ° C)

Cet indice permet de caractériser le pouvoir évaporant de l’air à partir de P et T  et de classer le climat d’une région. Il s’adapte bien au climat méditerranéen.

 

 

 

De Martonne propose la classification du climat en fonction de la valeur de l’I_DM obtenue en cinq (05) classes :

VALEURS DE L’IDM	TYPE DE CLIMAT
0 < IDM < 5	HYPER ARIDE
5 < IDM < 10	ARIDE
10 < IDM < 20	SEMI ARIDE
20 < IDM < 30	SUB HUMIDE
30 < IDM < 55	HUMIDE

 

ü  L’indice xérothermique ou  diagramme ombrothermique de Bagnouls et Gaussen.

 Cet indice prend en compte les moyennes mensuelles des précipitations (P en mm) et celles température (T en °C) et donne une expression relative de la sécheresse estivale en durée et en intensité. Cet indice est estimé de deux manières :

• Par le diagramme ombrothermique.

L’estimation approximative du nombre de jours « secs » au cours des « mois secs » de l’année est possible par la confection du diagramme ombrothermique de Gaussen avec comme hypothèses : un mois est sec quand P < 2T et dans ce cas les pertes sous forme d’évapotranspiration sont > aux apports pluviométriques et quand P > 2T, le mois est considéré comme humide. Pour sa construction l’échelle des T =  ½ P (Fig. 08).

 

MOIS

Figure 09 - EXEMPLE DE DIAGRAMME OMBROTHERMIQUE D’UNE STATION

Période aride

Période humide

 

• Par l’estimation du nombre de jours secs.

Ce nombre de jours est estimé selon deux méthodes :

• Soit par l’estimation de la durée de la période sèche directement sur le diagramme ombrothermique.  
• Soit, si les données sont disponibles, en prenant en compte les jours « sec » sans précipitations avec une humidité relative de l’air (Hr) < 40 %.

Dans le cas où  40 % < Hr < 100 %,  un coefficient de correction ou de pondération est appliqué pour atténuer l’effet de  Hr.

 

Hr	Coef. correction
< 40 %	1
40 % < Hr < 60	0,9
60 % < Hr < 80	0,8
80 % < Hr < 100	0,7

 

Ce nombre de jours sec permet de classer le climat de la station en se référant au tableau ci-dessous :

VALEURS de x	TYPES DE CLIMAT
x > 300	Désertique
200 < x < 300	Sub désertique
150 < x < 200	Xéro-thermo-méditerranéen
100 < x < 150	Thermo-méditerranéen
40 < x < 100	Méso-méditerranéen
0 < x < 40	Sub méditerranéen

 

ü  Quotient pluviométrique d’Emberger.

Le Climagramme élaboré par Emberger est un abaque comportant en ordonnées les valeurs du quotient pluviométrique d'Emberger (Q), et en abscisses les valeurs de la température moyenne minimum de la saison froide (T °C). Le quotient peut être déterminé selon trois versions :

• Le quotient initial d'Emberger défini par la formule suivante :

100 P Q    =   ----------------------------------------                      (M + m)           2  x  --------------   x  (M – m)                          2

 

 

 

 

 

 

Avec :

• Q : quotient pluviométrique d'Emberger
• M : moyenne des maxima (températures maximales journalières) du mois le plus chaud, en °C
•  m : moyenne des minima (températures minimales journalières) du mois le plus frais, en °C.
• P : cumul pluviométrique annuel, en mm
  • Le quotient d'Emberger modifié est défini par la formule:

Q2 = 2000P/ M2 - m2{\displaystyle Q_{2}={\frac {2000\,P}{M^{2}-m^{2}}}}

  

 

 

 

 

Avec :

• Q₂ : quotient pluviométrique modifié d'Emberger.
• M : moyenne des maxima (températures maximales journalières) du mois le plus chaud, en ° K.
• m : moyenne des minima (températures minimales journalières) du mois le plus frais, en ° K.
• P : cumul pluviométrique annuel, en mm.
  • Le quotient d’Emberger modifié par Stewart défini par la relation :

3,43 P Q2  =  --------------     M - m

 

 

 

 

 

• Mais avec M et m en ° C et P : cumul pluviométrique annuel, en mm.

Le résultat obtenu par ce quotient permet de caractériser le climat de la station étudiée grâce à différentes abaques ou climagrammes (fig. 09)

Figure 10 - ABAQUE DES CLASSES DE CLIMAT (Emberger)

ü  L’indice CA de Turc (à titre indicatif, cet indice sera développé en Master).

Turc a cherché par cet indice à relier les productions annuelles de la matière sèche des cultures fourragères aux données climatiques avec son indice CA :

CA = HT. Fs

 

 

HT  = Ft. Fh

Où HT est le facteur héliométrique lié à l’ensoleillement et la température et Fs le facteur de sècheresse.

Où Ft est le facteur thermique et Fh le facteur solaire

ü     Les études agro climatiques orientées sur les capacités de production agricoles d’unes région.

Ces indices demandent de nombreuses données et sont plus complexe. Par exemple celui de Papadakis permet l’estimation de la production végétale d’une région en prenant en compte quasiment l’ensemble des paramètres climatiques (t° max et t° min, précipitations, réserve en eau du sol, évapotranspiration, durée du jour)

ü  Les sommes de température et leurs influences sur le développement des cultures et plantes.

Cette méthode, simple à appliquer, permet d’apprécier durant le cycle végétatif d’une culture donnée l’état de sa croissance et de son développement en rapport aux normes de référence. Toutefois, seule, elle reste approximative et doit être complétées en lui intégrant d’autres paramètres comme l’eau, la durée d’ensoleillement, les intrants, les traitements phytosanitaire, etc.).

1. INSTRUMENTATION.
   1. Paramètres météorologiques fondamentaux mesurés.

La connaissance, le suivi, la prévision, l’étude du climat à très court, court, moyen et/ou long terme sur un espace donné (station) nécessite la mesure des paramètres fondamentaux suivants :

      Un (01) en tant que moteur du climat : le rayonnement solaire (intensité et durée) et son absorption par l’atmosphère et le sol (bilan énergétique).

      Trois (03) liés à la thermodynamique de l’air : température (mini, maxi, instantanée ou ambiante), humidité de l’air, pression atmosphérique (masses d’air).

      Deux (02) liés à la dynamique de l’air : direction du vent (rose des vents), vitesse du vent (mouvement ou déplacement de l’air).

      Un (01) lié à la couverture nuageuse : nébulosité (couverture, nuageuse de types de nuages, brouillard, brume), précipitations (pluie, neige, grêle, grésil, rosée, hauteur, durée, intensité).

1. Les principaux appareils de mesures ou capteurs.

• Mesure du rayonnement.

Deux caractéristiques du rayonnement solaire sont mesurées, son intensité et sa durée par :

      Le pyradiomètre ou le pyranomètre : mesure l’intensité de la radiation solaire sur une surface horizontale.

      L’héliographe : mesure la durée de l’ensoleillement.

• Mesure de la pression.

La mesure de la pression permet de pouvoir distinguer le type de masses d’air qui circulent et qui sont de deux types :

• Les masses d’air de basse pression dite « cyclone » ou « dépression » dont la valeur est < 1013 millibars (mb). Ces masses d’air peuvent engendrer cause les perturbations atmosphériques  et les précipitations.
• Les masses d’air de haute pression dite « anticyclone » dont la valeur est > 1013 millibars (mb). Ces masses d’air déterminent le « beau temps » dans l’ensemble.

Le suivi des mesures simultanées de la pression en différents points (dites « stations synoptiques ») à l’échelle d’un espace donné (la Méditerranée occidentale par exemple) permet de suivre l’évolution de ces masses d’air et de d’effectuer des prévisions météorologiques.

Aujourd’hui, avec le développement d’autres moyens de mesure comme les satellites, les radars, la  vitesse d’enregistrement et de transmissions des données et la modélisation, il est possible aujourd’hui de prévoir le temps sur plusieurs jours avec des marges d’erreurs acceptables.

• Baromètres (Fig. 11).

Le plus simple et le plus connu des appareils de mesure de la pression est le baromètre à mercure de Torricelli), basé sur la variation d’une colonne de mercure sous l’effet de la pression de l’air suivant la relation :

Δp = ρg Δh

Avec :

Δp : variation de la pression.

Ρ : masse volumique du mercure.

g : accélération de la pesanteur.

Δh : variation de la hauteur du mercure.

Δh

Δp

Figure 11- PRINCIPE DU BAROMÈTRE A MERCURE.

Il existe d’autres types comme le baromètre anéroïdes, à cadran et les barographes (enregistreurs).

• Mesure de la température  de l’air et du sol.

Chaque station est équipée de trois types de thermomètre :

• Thermomètre ordinaire : mesurent la température ambiante durant la journée.
• Thermomètre à minima : mesure uniquement la température minimale observée durant la journée.
• Thermomètre à maxima : mesure uniquement la température maximale observée durant la journée.

Les  valeurs minimales et maximales des températures sont importantes à connaître en raison des risques qu’elles peuvent produire dans des domaines comme l’agriculture, la navigation aérienne et maritime ou les transports routiers, etc.

• Mesure de l’humidité de l’air.

      Psychromètre.

Cet appareil est composé de deux thermomètres ordinaires, l’une mesure la t° « sèche » et l’autre la t° « mouillée » dont la différence Δt entre les deux permet de déduire en utilisant les tables psychrométriques trois valeurs : l’humidité relative de l’air (%), la tension de vapeur de l’air (θ) et le point de rosée (r). 

      Hygromètre : donne l’humidité relative de l’air.

      Evaporomètre de Piche : donne l’évaporation de l’air (mm) en une journée.

• Mesure des précipitations.

      Pluviomètre : donne la quantité de pluie tombée sous forme de hauteur (mm). Avec la durée de l’averse, il y a déduction de l’intensité de la pluie (mm/h).

      Table à neige : mesure la quantité de neige à convertir en hauteur d’eau (mm).

• Mesure du vent.

      Anémomètre : mesure la vitesse du vent (m/s)

      Girouette : donne la direction du vent selon les sens indiqués par la rose des vents.

1. LA PROBLÉMATIQUE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE.

La croissance des émissions de gaz à effet de serre [dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH4), l'oxyde nitreux (ou protoxyde d'azote, de formule N₂O) et l'ozone (O₃), les CFC, etc.], liées principalement aux activités humaines, est responsable de l’augmentation constante de la température de la planète depuis quelques décennies.

Cette augmentation est la cause du changement climatique planétaire actuel. Il se manifeste sous la forme d’un réchauffement de la planète qui fait fondre les glaciers et la banquise et fait monter le niveau des mers. Ces bouleversements perturbent le climat (« il n’y a plus de saisons »), la faune et la flore, l’agriculture mais aussi la santé, l’économie et les sociétés (d’où l’apparition des « réfugiés climatiques » dans certaines régions de la terre).

Sur le plan climatique, dans certaines régions, il y a une augmentation des précipitations et leur diminution dans d’autres, une fréquence accrue des phénomènes météorologiques extrêmes (inondations, sècheresses), et  un décalage des saisons (allongement ou rétrécissement).

L’activité la plus sensible à ce changement est l’agriculture et la plus impactée parce qu’elle est extrêmement sensible à ces phénomènes extrêmes et elle a besoin de vastes espaces pour produire. Or, des températures plus élevées diminuent les rendements des cultures et accroissent, par ailleurs, les mauvaises herbes et les parasites.

Ainsi, les impacts du changement climatique sur l’agriculture comprennent :

• Les effets biologiques sur les rendements des cultures.
• Les conséquences sur la production, les prix, la consommation et la disponibilité des produits.

Par extension, le changement a une influence sur la sphère économique et sur l’adaptation des agriculteurs aux effets induits (choix des cultures, intrants, irrigation, etc.).

 

Aujourd’hui, la plupart des spécialistes s’accordent sur le principe de « ne pas demander  à la nature de produire comme les usines, mais, plutôt aux usines de produire comme la nature ».