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Dès que la puissance et la fréquence des mises en charge dans le réseau de la cueva de los Graners ont été révélées, résultant d’une considérable arrivée d’eau dans le secteur des résurgences, la connaissance plus fine des phénomènes météorologiques sensés les générer est apparue indispensable. Ces phénomènes sont multiples : température, pluviométrie, pression, vitesse et direction du vent, hygrométrie, point de rosée, le type et l'intensité des précipitations…Mais les contraintes économiques ont donné priorité aux deux premiers paramètres, les plus importants à notre niveau d’observation.

Depuis le traçage en 1986, la liaison hydrologique entre le cirque d’Armeña et le secteur des résurgences était connue. Mieux appréhender les caractéristiques, les modalités de ce transfert s’imposait.

Certes l’impluvium du Cotiella n’est pas réductible au seul cirque à l’Est du massif, mais la station météorologique simplifiée d’Armeña a été installée dans le cirque éponyme, à 2200 m d’altitude, comme un premier jalon dans une longue quête d’informations.

photo support station Elle est composée :
• d’un pluviomètre à auget DAVIS INSTRUMENTS – Rain Collector II (USA), d’une résolution de 0,20 mm de pluie, muni d’une sortie impulsionnelle. Il est raccordé à un enregistreur d’évènements de la Sté Lascar Electronics EL-USB-5 (UK) assurant le courant de boucle sans adjonction de batterie annexe.
• D’un thermomètre enregistreur EL-USB-1 de la même société, programmé à une fréquence horaire.
• Ces 2 composants sont fixés sur un mat métallique de 1,5 m de hauteur, solidement arrimé et haubané pour résister aux conditions difficiles à cette altitude. Dernièrement, l’accès à tous les composants a été sécurisé à la suite d’une malveillance (vol du thermomètre) difficile à imaginer en un tel lieu, mais hélas bien réelle. Outre la valeur propre de l’instrument, ce sont plus de 7000 données de température qui ont été stupidement perdues, (Bravo Monsieur, quel courage !).

Les données collectées ne sont pas spectaculaires, c’est surtout leur implication dans le fonctionnement des résurgences (donc le régime du ruisseau d’Irués), qu’elles prennent toute leur importance. Néanmoins, quelques histogrammes d’ordre statistique sont présentés ci-dessous.

Depuis la fin d'année 2015, une installation nommé pluvio-nivomètre SOL a fonctionné en divers endroits du cirque, sous différentes configurations. Pour l’essentiel composée d’un autre pluviomètre Davis comptabilisant l’eau issue d’un collecteur déporté et surdimensionné, de plusieurs thermomètres judicieusement positionnés, elle a déjà fourni des éléments essentiels pour mieux comprendre les réactions de la zone de restitution (Fornos). Plusieurs fois déplacée, adaptée, nous proposons quelques analyses des résultats provisoires collectés à la fin de cette page.

PLUVIOMETRIE COMPAREE :

diagramme pluviométries

Le numéro coiffant les groupes mensuels correspond au classement des mois par importance de pluviométrie, ainsi le mois le plus pluvieux est le mois de mai (pour les cinq années considérées)suivi de novembre, etc.

THERMOMETRIE COMPAREE :

diagramme pluviométries

Les données représentées sont les moyennes mensuelles des moyennes journalières de 00:00 à 00:00 (TU). On remarque les températures négatives des mois de décembre à mars. Aucun processus de fonte se maintient, la neige et la glace isole l'épikarst, l'alimentation des résurgences est minimale, c'est l'étiage dans le barranco d'Irués.

Pour que des observations météorologiques deviennent des bases climatologiques, un grand recul est nécessaire, au moins des décennies, parfois plus d’un siècle…

Ce n’est pas le cas des données d’Armeña, dont seulement quatre années sont complètes. Mais nous pouvons remarquer 3 mois (décembre, janvier et février) à la pluviométrie bien faible. Il neige souvent en altitude, la neige s’entassant au-dessus du collecteur du pluviomètre est emportée par le vent. Les précipitations d’hiver comptabilisées par le pluviomètre du Llenero sont très sous-estimées.

Dans la revue COTIELLA n° 3 p14 (Pau Perez), dans des travaux à ce jour inédits (Paul Cluzon, Hypsométrie du massif du Cotiella - Conséquences directes sur l’alimentation de l’impluvium), la pluviométrie régionale à une altitude similaire serait de 1800 mm/an (≈). Plus de 30% des précipitations ne seraient pas pris en compte par la station…
L’installation d’un pluviomètre à réchauffeur n’est pas envisageable, et pour tenter de pallier à ce problème, un « pluvio-nivomètre de sol » a été installé en automne 2015.
Basé sur les travaux de Bartolomeo Vigna (Politecnico di Torino, Italy), plusieurs modèles d'impluvium ont été expérimenté, l'instrument a migré à plusieurs reprises. En attendant les données de l'hiver 2018 accessibles en juin, l'amorce de publication suivante est proposée:

RÉFLEXIONS AYANT CONDUIT À LA VERSION 3 DU PLUVIO-NIVOMÈTRE SOL D’ARMEÑA

photo pluviomètre

Le cumul annuel des précipitations collectées par le pluviomètre du cirque d’Armeña est inférieur de 20 à 30 % à celui d’autres stations fonctionnant à une altitude et dans des conditions analogues. C’est pour tenter de répondre à ces questions que le pluvio-nivomètre était imaginé.
La surface d’entrée du pluviomètre automatique à augets basculants Davis utilisé (www.davisnet. com, réf. 7852) est d’origine 214 cm². Dans le but de rendre le pluviomètre moins sensible aux disparités d’épaisseur de la couche de neige, un bac collecteur déporté de 4000 cm² a été adjoint, d’où l’eau collectée s’évacuait par gravité vers le pluviomètre automatique sous-jacent.
La sortie impulsionnelle était connectée à un enregistreur d’évènement de marque Lascar Electronics (www.lascarelectronics.com, réf. EL-USB-5). L’enregistrement des températures au pas d’une heure était assuré par des thermomètres de la même société, modèle EL-USB-1 puis EL-USB-1 PRO lors de la version 2.

1) FIABILITÉ ET PRÉCISION DES PLUVIOMÈTRES DAVIS UTILISÉS SUR LES SITES AIR ET SOL D’ARMEÑA

Parallèlement aux expériences menées à Armeña, un doute apparaissait à propos de la justesse de ce type de pluviomètre. L’évaluation permettait de la définir selon l’intensité de la pluie, et montrait que l’instrument devait être obligatoirement étalonné lors de sa mise en service puis régulièrement contrôlé.
En résumé de ce travail détaillé dans «Evaluation puis étalonnage du pluviomètre SOL d’Armeña», l’intensité limitant l’exactitude de la valeur est 100 mm/h et devient un maximum à ne pas dépasser en cas de surdimensionnement du collecteur

2) INTENSITÉ DES PLUIES DANS LE CIRQUE D’ARMEÑA

Le pluviomètre AIR du Llenero, fonctionne sans interruption depuis quatre années et permet d’avoir un recul suffisant pour caractériser les épisodes pluvieux sur le site

tableau

Fig. 2: Intensités des pluies classées par tranche de 10 mm/h, historique sur 4 années.

Pour la période de juillet 2013 à juillet 2017, plus de 4200 heures ont connu des bascules d’auget suite à la formation de rosée, des chutes de pluies, de grésil ou de grêle, des fontes de neige à postériori de la chute, avec des intensités de collecte très variables selon le type d’évènement. Sur 4247 heures ayant eu trace de pluie, seulement 3 heures lors d’orages aux mois de juin ou d’août ont connu une intensité supérieures à 20 mm/h (38.8 mm/h le 12/08/2013, 29 mm/h le 08/08/2015 et 22.4 mm/h le 10/06/2015) (fig. 1).

3) VERSION 1, AU LLENERO, HIVER-PRINTEMPS 2016

Le surdimensionnement du collecteur (0.50 m x 0.80 m) d’une surface de 0.4 m² exposait le système à la saturation lors d’importants apports d’eau. La hauteur du bac (±16 cm), une filtration sur l’évacuation composée de couches de sables et graviers terminée en partie basse par un tampon à récurer nylon, un opercule de régulation à l’extrémité du tuyau de raccordement devait adapter le système. Les dimensions de la surface d’entrée rendait nécessaire la conversion des 0.2 mm/m² de chaque impulsion en 0.011 mm/m².
Le site d’implantation était choisi tout près de la station AIR pour entériner les comparaisons. Le bac collecteur était disposé à même le sol de terre aplani, entouré de pierrailles. Sur l’avant, en contre bas, une cavité débouchait sur un chenal évacuant l’eau des augets. Un thermomètre d’une résolution de 0.5 °C était disposé en sous face inférieure du bac collecteur.
Sur tous les graphiques de la note, la hauteur de pluie est représentée par les cumuls journaliers, les températures par la moyenne journalière.

Histogramme
Histogramme

Fig. 3: Hiétogramme et thermogramme de la version 1 du pluvio-nivomètre, sur toute la période.

Cette version a fonctionné du 24 octobre 2015 au 18 octobre 2016 avec une intervention le 2 juin (fig. 3). Lors de cette intervention, le tube de protection en aluminium du thermomètre a été retiré de sa gangue de glace en sous face du bac, interrompant artificiellement la période de gel, brouillant les données thermométriques.
On remarque une longue période durant laquelle les températures de SOL sont égales ou proches de 0°C. Convenons de focaliser sur cette phase.

schéma du collecteur

Fig. 4: Le caillebotis en zinc permettant la collecte de l’eau vers le filtre au dessus de l’orifice d’écoulement, des pierres le dissimulent et le protègent des sabots des animaux.

a) Version 1, période de gel, du 23 novembre 20165 au 2 juin 2016 (fig. 5)

Histogramme
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Fig. 5: Hiétogramme et thermogramme de la version 1 du pluvio-nivomètre, pour la période de gel.

Le mois de décembre est un mois sans précipitations, la température AIR reste positive. Celle enregistrée au SOL est proche de 0°C, fluctuant entre -1.1 et +0.9 °C, prouvant l’absence de couverture neigeuse. Près de la surface du sol, le gel n’est pas encore durablement installé.
A partir des premiers jours de janvier, le thermomètre SOL indique 0°C et se maintiendra durant tout ce cycle de gel. La première vague de froid sévit au thermomètre AIR, avec la minimale hivernale de -13°C pour une moyenne de -10°C ce jour-là.
Photo du circo sous la neige Le pluviomètre AIR enregistre quelques battements d’auget et à la faveur d’un bref pluvieux redoux les 8 et 9 janvier, le pluviomètre SOL relève 41.2 mm de pluie ou neige fondue. Ce seront les seuls évènements jusqu’au 28 avril, où le processus de fonte se met en place insensiblement.
Le 2 juin, nous trouvons le bac au 2/3 rempli d’un mélange neige, glace et eau. Le système de filtration est examiné, le filtre terminal en nylon est raidi par le gel et vraisemblablement imperméable. Le bac est propre, sans aucune trace de terra rosa. Notre intervention a pour effet de dynamiser le processus de fonte (remaniement des pierres occupant le bac).

Figure 7: Le cirque d’Armeña en fin du printemps, le 2 juin 2016.

Le lendemain, le pluviomètre SOL comptabilise 46 mm d’eau. La figure 6 récapitule les données pluviométriques de chaque instrument durant ce cycle de gel.

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Fig. 6: Cumul des pluies collectées par AIR et SOL durant la période de gel.

b) Version 1, période hors gel, du 24 octobre au 24 novembre 2015 puis du 4 juin au 18 octobre 2016 (fig. 8)

Histogramme
Histogramme

Figure 8: Hiétogramme et thermogramme de la version 1 du pluvio-nivomètre, pour la période dite «hors gel».

La phase automnale de la période (novembre) ne relève aucune impulsion sur le pluviomètre SOL.
Par contre en deux averses importantes, le pluviomètre AIR signale quasiment 100 mm en 10 jours. Le volume d’eau équivalent dans le bac collecteur écrêteur de SOL devrait se traduire par 40 l d’eau.
Les températures sont positives, pas de risque de gel du tuyau de liaison…. Qu’est devenu ce volume d’eau ?
Lors de l’intervention du 2 juin, l’opercule de régulation de débit a été retiré du circuit de liaison bac-pluviomètre.
La figure 9 récapitule les cumuls respectifs de chaque instrument.

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Fig. 9: Cumul des pluies collectées par AIR et SOL durant la période hors gel, estivale.

Lors de cette saison estivale, on peut individualiser quelques averses représentatives du déficit au SOL (A à H sur figure 10).

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Fig. 10: Rapport AIR/SOL lors d’averses représentatives de la période estivale.

Six de ces averses révèlent un déficit au SOL variable entre 18 et 53 %. Une corrélation croisée des volumes, des durées et des intensités des averses n’a pas permis de déterminer un lien. Par contre il est probable que l’histoire du sol (dans ce cas le déficit hydrique et la température des pierres remplissant le bac, la nature du bac lui-même, en zinc) à l’instant de la pluie impacte directement l’évaporation.

Plus curieusement, lors des averses A et D (fig. 8), le pluviomètre SOL a relevé plus de volume de pluie que le pluviomètre AIR.
Pour l’averse A (fig. 11), SOL collecte l’équivalent de 45.2 mm d’eau par m². Simultanément, AIR relève 9.4 mm/m². La remobilisation d’eau antérieure contenue dans le bac a donc été nécessaire, soit les pluies des 3 chutes précédentes, depuis le 5 juillet à minima.
Sur les deux jours de pluies, SOL enregistre un excédent de 35.8 mm/m² par rapport à AIR, soit ±14 l en volume, soit ± 3.58 cm de hauteur d’eau dans le bac. Même si l’on soupçonnait une contre pente du bac, elle n’atteindrait pas cette valeur.
L’anomalie se répète lors de l’averse D (fig. 12) où le cumul AIR est 9.4 mm alors que celui du sol est ± 12 mm. L’excédent est 2.6 mm/m2, soit 1 l d’eau en volume dans le bac.

histogramme

Fig. 11: Le pluviomètre SOL est excédentaire lors d’une averse en juillet... Fig. 12: De même qu’au mois de septembre.

Une rétention de pluies précédente est à nouveau nécessaire, sauf que la dernière pluie sur AIR a été enregistrée 10 jours auparavant…
Le volume incriminé là est bien moindre que précédemment, mais le doute est présent et le questionnement subsiste en fragilisant l’ensemble de l’expérience de cette version 1.

Photo pluvio-nivomètre

Figures 13: Le pluvio-nivomètre dans sa version 1, avant que le bac ne soit couvert de pierres au-dessus du caillebotis. A droite, l’installation dans l’état où nous l’avons trouvée le jour de notre intervention prématurée du 1er juin. La fonte nivale était en cours, un mélange neige, glace et eau occupait encore au 2/3 le bac collecteur (trait bleu). Le thermomètre (cercle rouge), dans son étui en aluminium, était prisonnier d’une gangue de glace.

4) VERSION 2, A LA SIERRA D’ANDREU, HIVER-PRINTEMPS 2017

Le site d’implantation de la version 1 avait fait craindre l’obstruction du conduit de liaison bac/pluviomètre et le débordement de la réserve (le sol remanié de terra rosa aurait pu provoquer des projections de terre). L’installation d’un éventuel gélisol dans l’environnement immédiat du bac était difficile à suivre avec le thermomètre EL USB-1 d’une résolution de 0.5 °C.
Une zone caillouteuse terminée par un surplomb permettant d’abriter le pluviomètre était retenue pour déplacer le système 380 m plus au nord, à la même altitude de 2190 m. Un thermomètre Lascar Electronics du type EL USB-1 PRO d’une résolution de 0.1 °C était disposé à quelques centimètres sous la surface des graviers. Le modèle EL USB-1 de la saison précédente était suspendu en plafond du surplomb, soit 20 cm sous la surface éclairée.
Le système de filtration était simplifié, un cylindre de fin treillis inox (maille de 1 mm de côté) devait éviter l’obstruction du tuyau. L’opercule de régulation de débit était supprimé.
La station AIR ne subissait aucune modification.
Cette version a fonctionné du 22 octobre 2016 au 18 juin 2017 (fig. 14).

Histogramme
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Figure 14: Hiétogramme et thermogramme de la version 2, sur toute la période.

A la station AIR, on ne peut pas rapprocher les valeurs de la température à celles de la version précédente. Aux alentours du 20 novembre, un individu malfaisant a extrait le thermomètre de son abri à mi-hauteur du pluviomètre et l’a posé à même le sol. La chronique enregistrée ne reflète pas les mêmes conditions de mesures.
A la station SOL la température (à fleur de sol) se stabilise autour de 0°C à partir de fin novembre comme l’année précédente, mais la résolution supérieure du modèle EL USB1-PRO permet d’acquérir une chronique de meilleure résolution durant la période de gel. La position de la sierra d’Andreu, plus éloignée de la ligne de crête du Cotielleta lui fait bénéficier de quelques dizaines de minutes d’ensoleillement de plus en hiver qu’au Llenero, la neige y fond plus tôt, la plus longue exposition du site au soleil couchant et le faible enfouissement du thermomètre SOL explique la sortie de la période de gel le 24 avril pour le 2 juin lors de la précédente expérience.
Le bilan pluviométrique de la saison est résumé par la figure 15.

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Figure 15: Cumul des pluies collectées par AIR et SOL durant la période complète V2.

Convenons de focaliser sur les périodes avec les mêmes critères qu’au paragraphe 3.

a) Version 2, période de gel du 23 novembre 2016 au 7 mai 2017 (fig. 16)

Histogramme
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Figure 16: Hiétogramme et thermogramme de la version 2 du pluvio-nivomètre, pour la période dite «de gel».

Photo

La chronique des températures de SOL (thermomètre d’une résolution de 0.1 °C) permet de suivre la diminution progressive depuis 0.8°C pour atteindre 0°C à la fin de la période. En décalage de 48 heures, on remarque les 2 creux des minimales. Durant toute la période, la température SOL est restée en limite de transformation de l’eau en glace et de neige en eau.
A la station AIR, l’emplacement accidentel du thermomètre à même le sol indique que tout ce qui était à son contact n’a jamais été exposé à une température positive, il était enfoui à 0°C sous la neige du 9 mars au 8 mai (en moyenne journalière).
Le thermomètre (SOUS-SOL) positionné sous le surplomb rocheux, à ± 20 cm sous le bac collecteur, tout près du pluviomètre automatique et destiné à surveiller la température au niveau du comptage a enregistré des températures minimales de 0.5 °C. On peut estimer que les bascules des augets n’ont pas été perturbées par le gel. Ce thermomètre avait été comparé au thermomètre AIR, sans noter de différence significative (cf. Essai comparatif des thermomètres utilisés à Armeña, 6 août 2016).
Le cumul des précipitations relevé par AIR est 238.4 mm. Le pluviomètre SOL ne relève aucun battement durant toute la période. Le mélange de pluie et de neige collecté par le bac et son lit de pierres n’a pas pu s’écouler vers le pluviomètre. Cette réserve d’eau potentielle s’est ensuite peu à peu sublimée, évaporée lors des journées ensoleillées et ventées (fig. 17).

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Figure 18: Cumul des pluies collectées par AIR et SOL durant la période de gel V2.

L’équivalent du cumul AIR ramené en volume d’eau retenu puis évaporé/sublimé du bac est ± 95 litres (238.4 l x 0.4 m²), soit 1.5 fois son volume !

a) Version 2, période hors gel du 22 octobre au 21 novembre 2016 puis du 7 mai au 18 juin 2017 (fig. 19)

Histogramme
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Figure 19: Hiétogramme et thermogramme de la version 2 du pluvio-nivomètre, pour la période dite hors gel.

La phase automnale de la période a la même durée qu’en 2015, court à la même période au jour près.
Pour les raisons évoquées au début du paragraphe 2, les températures AIR (moyenne période) en 2015 de + 6.1 °C et + 2.2 °C en 2016 ne peuvent pas être comparées. On détecte néanmoins la traditionnelle vague de froid en prémices d’hiver (novembre). La température SOUS-SOL est quasiment similaire à celle de SOL, avec un passage en négatif lors de la vague des 7 au 11 novembre.
Les pluviomètres AIR et SOL ont enregistré des cumuls d’averses dont les plus notables sont repris dans le tableau de la fig 20.

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Figure 20: Rapport AIR/SOL lors d’averses représentatives de la phase automnale version 2.

On ne détecte pas l’effet retard observé lors de la période estivale étudiée au paragraphe 1b.
Durant la phase printanière (7 mai – 18 juin), le pluviomètre SOL ne relève aucun battement d’auget (fig. 21). Lors du relevé du 18 juin, le bac était entièrement vide et propre. L’eau versée au-dessus du filtre en fine grille inox parvenait sans délais au pluviomètre sous-jacent.

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Figure 21: Cumul des pluies collectées par AIR et SOL durant la période hors gel V2.

Le volume de précipitations évaporé/sublimé durant cette phase équivaut à 102 litres d’eau collectés par le bac.
Remarquons que la chronique de cette phase se déroule sur 42 jours seulement (137 jours en 2016), est antérieure de 28 jours (en date calendaire).

5) SYNTHÈSE

La température du sol est proche ou égale à 0°C durant 5 mois (décembre à avril).
Ces conditions de gel impactent l’écoulement vers le pluviomètre automatique, le bac en zinc est un excellent échangeur thermique.
Parallèlement, les précipitations liées à la température de l’air, peuvent être liquides ou solides et évoluer rapidement dans leur forme. La neige peut devenir pluie, la pluie peut faire fondre la neige et s’écouler ou devenir glace.
Un conflit thermique entre contenant et contenu se joue alors, au bénéfice du plus «thermiquement» représenté.
S’il y a accumulation dans le bac exposé au soleil et au vent, le contenu peut s’évaporer ou se sublimer si le stationnement est durable, mais :
Un redoux peut déclencher la fonte du contenu, qui transmet ses calories au contenant et le comptage est alimenté. A contrario, une vague de froid peut geler le système et interdire tout comptage. C’est ce conflit qui gèle le concept en début d’hiver et le dégèle au cours du printemps.
L’interaction de ces conditions provoque les accumulations, les relargages et les disparitions constatés dans la chronologie des évènements AIR et SOL.
Dans ces conditions, le surdimensionnement du collecteur provoque l’accumulation des précipitations et l’absence ou le retard de comptage, génère une inertie exposant le volume collecté à l’évaporation, à la sublimation. Le surdimensionnement du collecteur transforme un système souhaité réactif en un concept générateur d’inertie.

6) EVOLUTION VERS LA VERSION 3

La dispersion pluviométrique est une source d’erreur dans l’interprétation des données. Les spécialistes ou passionnés de météo sont unanimes, les sujets traités sur les forums sont nombreux. La proximité des deux stations est indispensable pour corréler sérieusement les chroniques AIR et SOL. Pour les mêmes raisons, il sera très risqué d’étendre les enseignements de cette expérience et d’en dégager un coefficient d’évapotranspiration fiable pour l’ensemble du massif... mais son estimation sera une avancée dans l’étude des réactions de l’aquifère.
A vouloir obtenir plus de précision en surdimensionnant la surface d’entrée du pluviomètre, on ajoute de l’inertie au concept, alors que la réactivité aux épisodes pluviaux-neigeux est un atout. En augmentant raisonnablement la surface d’entrée du pluviomètre afin que l’eau des averses ou de fonte soit rapidement comptabilisée, on rend le concept réactif. Le bac collecteur doit s’écouler directement dans le cône d’origine du pluviomètre (voir «2017_Fabrication et installation de la version 3 du pluvio-nivomètre d’Armeña».
Un environnement stable, exempt de terre pour implanter l’ensemble monobloc de l’instrument faciliterait l’installation et la maintenance.
C’est sur ces trois critères qu’a été recherché le site recevant la version 3 du pluvio-nivomètre dans le cirque d’Armeña. tableau

Figures 20: Version 3 du pluvio-nivomètre de retour au Llenero, l’ensemble monobloc du concept est positionné sur un plan horizontal par un berceau basculant dans un cadre aux dimensions adaptables.

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