La pluie est un phénomène naturel par lequel des gouttes d'eau tombent des nuages vers le sol. Il s'agit d'une des formes les plus communes de précipitations sur Terre. Son rôle est prépondérant dans le cycle de l'eau. Elle prend nombre de formes allant de la pluie légère au déluge, de l'averse à la pluie continue, de fines gouttelettes à de très grosses gouttes. Elle est parfois mêlée de neige, de grêlons ou verglaçante. Elle s'évapore parfois avant de toucher terre pour donner la virga. Ses gouttes sont transparentes ou parfois opaques, chargées de poussières. Les vastes « rideaux de pluies », causés par la rencontre ou l'approche d'un front froid et/ou d'un front chaud, sont des cas typiques de pluies bien prévisibles en météorologie et suivie par satellite ainsi qu'en animation cartographique en temps légèrement différé par les radars météorologiques..
La pluie est naturellement acide par l'effet de dissolution de dioxyde de carbone ou gaz carbonique acide : le potentiel hydrogène ou pH de l'eau de pluie recueillie dans les pluviomètres est de l'ordre de . Elle contient en conséquence de très faibles quantités d'acide carbonique, en particulier des ions bicarbonates et des ions hydronium. Il peut exister une grande quantité d'ions ou de composés différents, de grandes variétés d'origine y compris radioactives ou toxiques par polluants. Notons qu'en présence d'acide nitrique ou d'acide sulfurique, le pH des gouttes peut descendre exceptionnellement à . Il s'agit de pluies acides ou à potentiel acidifiant.
Histoire
Au , dans son traité Sur le feu, Théophraste pense que c’est le choc des nuages contre les montagnes qui produit la pluie. Formation
vignette|Forme et taille des gouttes d'eau : A) En réalité, les gouttes d'eau n'ont pas la forme 'classique'. B) Les gouttes très petites sont presque sphériques. C) Le dessous des gouttes plus grandes s'aplatit par la résistance de l'air, et donne l'apparence d'un petit pain de hamburger. D) Les grandes gouttes ont beaucoup de résistance à l'air, ce qui les rend instables. E) Les gouttes très grandes sont divisées par la résistance de l'air. Les nuages chargés d'eau représentent la phase aérienne de la condensation en micro-gouttelettes d'eau (d'une taille de l'ordre du micromètre jusqu'à ) de la vapeur d'eau de l'air de préférence chaud et humide sur des noyaux de condensation. L'eau qui forme ces nuages provient de l'évaporation de l'humidité qui existe dans la nature et plus particulièrement des grandes étendues d'eau (lacs, mers). Cette vapeur d'eau se mélange à la masse d'air. Lorsque l'air s'élève à cause des mouvements de l'atmosphère, il se refroidit par détente. La vapeur d'eau contenue dans l'air se condense autour de noyaux de condensation (poussières, pollens et aérosols) lorsqu'une légère sursaturation est atteinte. Ces gouttelettes donnent des nuages .. C'est le grossissement de ces gouttelettes qui donnera la pluie.
On parle de pluie chaude quand les gouttes de pluie se sont entièrement formées dans un nuage au-dessus du point de congélation et de pluie froide quand elles sont le résultat de la fonte de flocons de neige quand l'air passe au-dessus de zéro degré Celsius en altitude. Mais il existe des phénomènes de surfusion hors équilibre thermodynamique, qui expliquent des températures de congélation réelle de gouttelettes avoisinant .
Dans un nuage chaud (à température positive du type stratus ou stratocumulus), les gouttes d'eau grossissent par l'effet de courbure (grossissement des grosses gouttes au détriment des plus petites dont le rayon inférieur est associé à leur surface à une tension de vapeur saturante supérieure) et la collection (phénomène de coalescence par collision avec d'autres gouttelettes)... La pluie se forme à partir du moment où l'accrétion des gouttelettes avoisine ou dépasse la taille de Irving Langmuir est le premier physico-chimiste à proposer un modèle de captation par impact des micro-gouttelettes en amorce de chute, comme un processus de capture en chaîne. Le phénomène est similaire lors des brassages dans les courants de convexion ou de turbulence, surtout si le milieu momentanément traversé devient plus dense en noyaux de condensation.. L'accrétion amorcée par association collante se poursuit inéluctablement. La taille des gouttelettes peut alors facilement atteindre le dixième de millimètre, voire de manière catastrophique 4 à dans les grosses pluies d'orage. Il existe aussi toutefois des « pluies sans nuages », telles que le serein des milieux maritimes et tropicaux.
La pluie est polydisperse : la taille des gouttes varie du dixième de millimètres à quelques millimètres (en moyenne 1 à ). Aucune goutte ne dépasse , au-delà elles se pulvérisentDavid Quéré, Qu'est ce qu'une goutte d'eau ?, Éd Le Pommier, 2003.. Néanmoins, certaines gouttes peuvent dépasser cette taille par condensation sur de grandes particules de fumée ou par des collisions entre les gouttes de régions proches d'un nuage à très forte saturation. Le record atteint () a été enregistré au-dessus du Brésil et dans les Îles Marshall en 2004.. Quand elles sont trop lourdes (environ ) pour être soutenues par le courant ascendant, elles tombent, formant ainsi une pluie.
Dans un nuage froid (température négative), les gouttelettes peuvent rencontrer un noyau de congélation et se transformer en cristaux de glace. Le grossissement des gouttelettes d'eau surfondues s'explique par leur condensation et celui des cristaux de glace s'explique par l'effet Bergeron (cannibalisation des gouttes surfondues les entourant).. Ils finissent eux aussi par tomber en capturant des flocons plus petits pour augmenter leur diamètre par l'effet de coalescence (agglomération des cristaux entre eux et d'accrétion d'eau surfondue). Lorsqu'ils passent dans de l'air au-dessus du point de congélation, les flocons fondent et continuent leur croissance comme les gouttes des nuages chauds. Des variations de température sur le parcours de la pluie peuvent occasionner d'autres formes de précipitations : pluie verglaçante, grêle ou grésil. Lorsque l'agglomération des gouttes et des cristaux atteint une taille critique, leur poids n'est plus compensé par les forces d'agitation (notamment les forces ascensionnelles) dans le nuage, ce qui enclenche les précipitations..
Rehaussement ou dissipation vignette|gauche|Rideau de pluie sous un ciel orageux dont une partie forme de la virga. vignette|Développement de pluie par évapotranspiration. Les forêts tropicales humides évapotranspirent plusieurs mm d'eau par jour, ce qui rehausse l'humidité relative qui peut être supérieure à 90 % en fin de journée et être à l'origine des orages du soir bien connus des voyageurs.
La fréquence des pluies, apportées par le passage d'air humide maritime, est souvent accrue quasi-exponentiellement par l'obstacle d'un simple relief terrestre, comme de simples collines à des monts plus élevés qui, eux, sont déjà susceptibles d'épuiser toute l'humidité des nuages ou brouillards bas. Ainsi, les mesures pluviométriques montrent qu'à moins de de Bergen, ville très arrosée qui reçoit plus de , de profondes vallées ont de vastes versants pierreux ou sableux, secs et arides, car elles sont dans l'ombre pluviométrique des montagnes. Malgré les abondantes réserves des formations glaciaires tout près, elles ne reçoivent quasiment pas de pluie.
Les pluies d'orage, aléatoires dans le temps et l'espace, restent souvent très localisées. Selon l’humidité relative de l'air rencontré sous le nuage, la goutte de pluie peut aussi s'évaporer et seulement une partie atteint le sol. Quand l'air est très sec, la pluie se vaporise entièrement avant d'atteindre le sol et donne le phénomène nommé virga. Cela se produit souvent dans les déserts chauds et secs mais également partout où la pluie provient de nuages de faible extension verticale.
Pluie artificielle
Il est possible de créer des pluies artificielles par nucléation des gouttes d'eau à l'aide d’un produit chimique d’ensemencement dispersé à hauteur des nuages par avion ou fusée. Dans les pays industriels ou développés, le régime hebdomadaire des pluies est modifié par la pollution (qui est moindre le week-end), notamment lorsque l'air est riche en aérosols soufrés qui contribuent à nucléer les gouttes d'eau. Les modifications climatiques globales perturbent aussi probablement le régime mondial des pluies mais d'une manière qui n'est pas encore clairement comprise en raison de la grande complexité des phénomènes météorologiques.
Sécheresse vignette|upright=0.5|Polygones de dessiccation dans le désert de Sonora. Une sécheresse est la conséquence directe d'un manque de pluie à un endroit sur une période. La pluie est indispensable à la fertilité des sols et à la recharge en eau des nappes phréatiques. Un déficit pluviométrique majeur peut engendrer des problèmes d’approvisionnement en eau des sols et des populations pouvant provoquer des restrictions voire des coupures. Le manque de pluie engendre sur l'environnement un assèchement des sols, de la végétation, des incendies et une mortalité des animaux. Les pays situés dans la latitudes des chevaux (Méditerranée, Sahel, désert de Sonora) sont les plus exposés à la sécheresse chaque année car il s'agit d'une zone d'anticyclones semi-permanents qui inhibent les précipitations.
Mesures quantitatives vignette|gauche|Averse de pluie sur la végétation, le sol et dans une flaque La mesure de la pluie, appelée pluviométrie, se fait avec un simple appareil nommé le pluviomètre. Cette mesure correspond à la hauteur d'eau recueillie sur une surface plane. Elle s'exprime en millimètres, et parfois en litres par mètre carré ( = ). On sépare l'intensité de la pluie en pluie faible (trace à ), modérée ( à ) et forte (plus de ).. En station météorologique, cette mesure est faite quotidiennement, à chaque heure ou instantanément selon le programme de la station. Lors d'une pluie, ce taux n'est pas nécessairement uniforme et peut varier instantanément..
La mesure par pluviomètre est ponctuelle et ne donne que de l'information à une faible distance de la station. Pour connaître les quantités de pluie qui tombent sur une région ou un bassin hydrologique, la mesure par radar météorologique est utilisée. Le faisceau radar est retourné en partie par les gouttes d'eau et en calibrant ce retour, il est possible d'estimer les quantités de précipitations qui tombent sur la région de couverture de l'appareil. Ces données sont sujettes à différents artefacts qui une fois enlevés peuvent donner une bonne estimation jusqu'à environ du radar.
Les pluies se caractérisent aussi par leur durée et leur fréquence tout au long de l'année. Ces données sont notamment utilisées afin de dimensionner les réseaux d'assainissement des villes. Pour comparer la pluviosité de régions géographiques différentes, on utilise un cumul annuel de la quantité de pluie. On l'exprime alors en millimètres par an (par exemple, environ en forêt tropicale humide, moins de dans une zone désertique et le phénomène de la mousson amène de lourdes précipitations qui peuvent engendrer une moyenne annuelle avoisinant les , concentrés sur quelques mois).
Qualité et composition des pluies thumb|Dans les régions arides et/ou très polluées où le vent peut soulever beaucoup de poussières naturelles ou artificielles, la pluie peut en rabattre des quantités significatives au sol (ici à Riyadh en mai 2009).