Précipitation.
L'eau qui forme la pluie provient de l'évaporation de l'humidité qui existe dans la nature et plus particulièrement des grandes étendues d'eau (lacs, mers, etc.). 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.
Dans un nuage chaud, les gouttes d'eau grossissent par condensation de la vapeur d'eau qui les entourent et coalescence avec d'autres gouttelettes. Quand elles sont trop lourdes (environ 0,5 mm de diamètre) pour être soutenues par le courant ascendant, elles tombent, formant ainsi une pluie.
Dans un nuage froid, les gouttelettes rencontreront un noyau de congélation et se transformeront en cristaux de glace. Ces derniers grossiront par condensation mais surtout par l’effet Bergeron, soit la cannibalisation des gouttes surfondues les entourant3. Ils finiront eux-aussi par tomber en capturant des flocons plus petits pour augmenter leur diamètre. 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 précipitation : pluie verglaçante, grêle ou grésil.
Selon l’humidité relative de l'air rencontré sous le nuage, la goutte de pluie peut 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.
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) car celle-ci, notamment lorsqu'elle 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.
Mesures quantitatives
La mesure de la pluie, appelée pluviométrie, se fait avec un simple appareil nommé pluviomètre. Cette mesure correspond à la hauteur d'eau recueillie sur une surface plane. Elle s'exprime en millimètres, et parfois en litres par mètres carré (1 litre/m2 = 1 mm). En station météorologique, cette mesure est faite quotidiennement, à chaque heure ou instantanément selon le programme de la station.
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, nous pouvons estimer les quantités de précipitations qui tombent sur la région de couverture de l'appareil. Ces données sont sujettes à différents artéfacts qui une fois enlevés peuvent donner une bonne estimation jusqu'à environ 150 km 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 2500 mm/an en forêt tropicale humide, moins de 200 mm/an dans une zone désertique).
Comme les autres hydrométéores (rosée, brume, etc.) l'eau de pluie est initialement assez pure mais en tombant elle se charge de différents éléments minéraux et polluants (solubilisés, inclus dans les gouttelettes ou collés à leur surface) qui la rendent moins pure et parfois non potable, voire très polluée (pluies acides). En particulier le début d'une pluie est souvent chargé en polluants. De nombreuses études ont montré que les pluies pouvaient contenir des pesticides4 et eutrophisants (azote d'origine agricole principalement) en quantité non négligeable. Les pluies contribuent à la pureté naturelle de l'atmosphère.
Les poussières collectées par la pluie peuvent être assez abondantes pour la teinter, ou la transformer en pluie de boue. Les particules riches en oxyde de fer ont pu donner naissance aux légendes de pluies de sang. Il y a aussi des pluies de sable qui viennent du Sahara.
Culture
L'attitude des populations vis-à-vis de la pluie diffère selon les régions du monde. Dans les régions tempérées, comme l'Europe, la pluie a une connotation triste et négative — « Il pleure dans mon cœur comme il pleut sur la ville », écrivait Paul Verlaine — alors que le soleil est synonyme de joie. En marge de cette vision traditionnellement négative de la pluie, elle est parfois associée à des valeurs positives (apaisement, fertilité, propreté) ou esthétiques.
Dans les régions sèches, comme certaines parties de l'Afrique, de l'Inde, du Moyen-Orient, la pluie est considérée comme une bénédiction et reçue avec euphorie. Elle a un rôle économique fondamental, là où les cours d'eau sont rares et la distribution de l'eau potable et l'irrigation sont conditionnées par les précipitations.
De nombreuses cultures ont développé des moyens de se protéger de la pluie (imperméables, parapluies), et élaboré des systèmes de canalisation et d'évacuation (gouttières, égouts). Là où elle est abondante, soit par sa fréquence, soit par sa violence (mousson), les gens préfèrent instinctivement se mettre à l'abri.
L'eau de pluie bénéficie naturellement à l'agriculture et donc aux populations qui en dépendent. Elle peut être stockée pour faire face à des périodes sèches. Son acidité et la présence de poussières la rendent fréquemment impropre à la consommation, et nécessitent des traitements bien qu'elle est consommée telle quelle depuis toujours dans bien des endroits du monde y compris en France il y a peu.
L'urbanisation doit prendre en compte une gestion de la pluie. Les sols rendus étanches dans les villes nécessitent le développement de réseaux d'évacuation et d'assainissement. En changeant la proportion entre l'eau ruisselée et l'eau absorbée par le sol, le risque d'inondations est augmenté si les infrastructures sont sous-dimensionnées. Ces évacuations directement dans les cours d'eau contribuent grandement aux phénomènes de crues destructeurs.