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Prévoir le temps

Les hommes ont toujours su que leur existence était liée aux aléas climatiques. Ainsi, ils ont tenté d'utiliser tous les moyens qu'ils possédaient, afin de répondre à cette question simple, mais dont les enjeux sont énormes : Quel temps fera-t-il demain ?

Perturbation au large de la FrancePerturbation Nord-Est sur l'Atlantique, au large des côtes françaises. France claire. Europe pris par METEOSAT 07 le 8 juin 2000 à 12h UTC.
© Météo-France/CMS Lannion

Le temps qu'il fait est le résultat d'un jeu entre plusieurs joueurs : le soleil, l'atmosphère et la terre. Depuis quelques dizaines années, un nouveau participant vient aussi se mêler à la partie : l'homme. La météorologie a pour vocation d'observer les différents paramètres du temps qu'il fait, de les mesurer, et enfin, de tenter de prévoir le temps qu'il fera plus tard. Quels sont les moyens dont dispose la science aujourd'hui pour faire des prévisions plus exactes ? Réponse avec Dominique Bouquin, adjoint au Chef du Centre départemental météorologique (CDM) de Brétigny-sur-Orge.
Des instruments d'observation toujours plus perfectionnés ont été mis au point, afin de surveiller les précipitations, les nuages, la température, l'ensoleillement, les vents, ou encore, la pression atmosphérique.

Une veille internationale

Comme les phénomènes météorologiques ignorent les frontières, tous les pays ont mis au point un système simultané de veille internationale, avec un langage unique. Les données sont relevées par des moyens humains, ou automatiques, sur terre, sur mer (bouées, bateaux), dans le ciel (ballons sondes, radars) et dans l'espace (satellites), transmises par Internet et par satellites dans le monde entier.
A partir de toutes ces données, les météorologues vont tenter de savoir quel temps il fera. Pour cela, ils vont procéder par extrapolation, en appliquant des modèles, sortes de logiciels géants qui vont reproduire le comportement du climat terrestre, sur une infinité de points déterminés à l'avance. Le problème, c'est qu'au fur et à mesure qu'on s'éloigne des données de départ, la probabilité que des éléments imprévus viennent perturber les calculs augmente. Ainsi, les prévisions sont de moins en moins justes. Même si les progrès de la science permettent aujourd'hui d'obtenir des prévisions fiables à 7 jours, la fiabilité à 100 % reste, par définition, une utopie.

Des enjeux considérables

Aujourd'hui, les enjeux de la prévision météorologique sont devenus considérables. Bâtiment, transports, agriculture, assurances, sports, tous les secteurs économiques sont demandeurs de prévisions météorologiques.
De même pour le grand public, sensibilisé par des catastrophes comme les inondations du sud de la France ou la tempête de Noël 1999. Des phénomènes extrêmes qu'aujourd'hui les ingénieurs prévisionnistes arrivent à mieux prévoir. Comme le réchauffement du climat terrestre, observé depuis un siècle et demi, et dont les conséquences risquent d'être extrêmement préoccupantes, quels que soient les modèles climatiques utilisés.
Pour aller plus loin dans la connaissance de ces phénomènes, les météorologues tentent de mesurer le temps qu'il faisait il y a très longtemps, en effectuant des reconstitutions à partir de prélèvements dans la glace, les fonds marins, les coraux, les troncs d'arbre... Leurs observations confirment la part prise par l'homme dans les changements climatiques d'aujourd'hui.

01.La météo : une science exacte ?

Transports, bâtiment, agriculture, énergie, sport ou mode, rares sont les domaines d'activité où la météo n'a pas d'impact. Ses applications immédiates permettent aux hommes d'améliorer leur sécurité, leur confort et leurs activités. D'où l'importance de la prévision météorologique, qui intéresse aussi, et de plus en plus, une opinion publique sensibilisée par les catastrophes naturelles et la question du réchauffement planétaire. Peut-on réaliser des prévisions fiables à 100 % ? Quels sont les moyens dont dispose la science aujourd'hui ? Réponse avec Dominique Bouquin, adjoint au Chef du Centre météo départemental de Brétigny-sur-Orge.

Le temps est le produit du jeu constant entre le soleil, la terre, et l'atmosphère. Etude du manteau neigeuxMise en évidence de la dureté des couches de neige avec balayette.
© DR
Les activités humaines, elles aussi, influencent les paramètres météorologiques, même si leur impact précis est difficile à mesurer.
La météorologie, ou science de l'atmosphère, a pour vocation d'observer les paramètres du temps, de les mesurer et, enfin, d'établir des prévisions les plus fiables possibles. Ces paramètres sont en eux-mêmes assez simples, et pour les observer, les hommes ont mis au point des instruments toujours plus perfectionnés. Le pluviomètre sert à mesurer la hauteur des précipitations sous forme liquide, les radars détectent, localisent et quantifient les zones de précipitations. Pour mesurer l'humidité, on dispose d'hygromètres, de sondes d'humidité, de psychomètres.

Autres paramètres : la température, l'ensoleillement (transmissomètre pour calculer la visibilité, héliographes pour la durée de l'ensoleillement, pyranomètres pour l'éclairement du rayonnement solaire direct), les vents (girouette pour la direction, anémomètre pour sa vitesse...), les nuages (télémètre de nuages laser) et enfin, la pression (baromètre).
Là où les choses se compliquent, c'est qu'il s'agit de prendre en compte tous ces paramètres en un très grand nombre de lieux et en même temps, alors même qu'ils évoluent sans cesse. Et tout devient encore plus compliqué lorsqu'il s'agit, à partir de ces données, de tenter de prévoir ce qui va se passer demain. En fait, les lois physiques qui régissent les mouvements et les changements d'état de l'atmosphère forment un système d'équations qui n'a pas de solution simple. Pour le résoudre, on ne peut procéder que par approximations successives. Donc, par définition, sans jamais obtenir de résultats fiables à 100 %. Telle est la principale difficulté de la prévision, en météorologie, comme en économie ou dans toutes les autres sciences

02.Observer et mesurer le temps

Au fil des siècles, les hommes n'ont cessé de perfectionner leurs moyens d'observer, de mesurer et de prévoir le temps. Mais ce n'est qu'au début du 20ème siècle qu'est née la météorologie moderne. Un météorologiste norvégien, Vilhelm Bjerknes, proposa de traiter l'atmosphère selon les lois de la thermodynamique et de la mécanique des fluides pour en prévoir l'évolution. Toutefois, les moyens de calcul disponibles à l'époque ne permettaient pas encore de mettre cette idée en pratique. Si bien qu'il aurait fallu peut- être trois mois pour calculer ce que la nature faisait en trois heures!Radar de prévision météoInstallation du radar de Bollène (Vaucluse).
© François Poulain d'Andecy/Météo-France

Avant que l'informatique ne vienne à la rescousse des météorologues, ceux-ci ont porté leurs efforts sur la surveillance des phénomènes atmosphériques qui, bien évidemment, ignorent les frontières. Ainsi, tous les pays ont mis au point un système de veille internationale en créant l'Organisation météorologique mondiale. Pour échanger l'ensemble de leurs observations, ils ont décidé de les effectuer simultanément, en temps universel. De même, ils ont inventé un langage international, le code météorologique, admis sur les cinq continents. Tous les jours, plus de 15 000 observateurs, sur terre ou à bord de bateaux spécialisés, relèvent et consignent les données météorologiques.

A ces moyens traditionnels s'ajoutent les stations automatiques, les bouées dérivantes qui délivrent en permanence des informations sur la température, la pression atmosphérique, l'humidité, la hauteur des précipitations depuis les endroits où elles sont localisées. En altitude, ce sont quelque 3 000 ballons sondes lâchés tous les jours dans l'atmosphère qui jouent ce rôle. Aujourd'hui, cinq satellites géostationnaires diffusent des milliards d'images en direction de la terre. Le Météosat nouvelle génération, lancé y a quelques mois au dessus du golfe de Guyane, va permettre, dès qu'il sera pleinement opérationnel, d'envoyer et de traiter des milliers d'informations toutes les cinq minutes sur la terre. Et des radars implantés dans de nombreux pays permettent de localiser les précipitations, de connaître leur vitesse, leur forme et la manière dont elles se déplacent. Toutes ces données sont aujourd'hui immédiatement diffusées pour être exploitées, via Internet, câble téléphonique et satellite. Des moyens de transmissions qui ont largement conditionné l'évolution de la météorologie moderne.

Les premières mesures, effectuées avec les instruments actuels ont été réalisées à la fin du XIXe siècle. A Brétigny-sur-Orge, celles-ci sont disponibles depuis l'ouverture du centre météo, en 1947. Mais d'autres centres, comme celui du parc Montsouris à Paris, disposent de données relevées antérieurement, avec des instruments différents. Il faut alors les mettre en cohérence afin de les comparer. Enfin, pour mesurer le temps qu'il a fait, il y a très longtemps, les météorologues effectuent des reconstitutions à partir de prélèvements dans la glace, les fonds marins, les coraux, les troncs d'arbre...
Et les progrès continuent : aujourd'hui, on peut effectuer des mesures au sommet de la troposphère, c'est-à-dire à 10 000 m du sol, et les comparer avec les paramètres relevés au sol. C'est de cette manière que la tempête de 1999 a pu être prévue : ce phénomène explosif extrême a été produit par la mise en phase entre un courant-jet à 11 000 mètres et une perturbation plus proche du sol.

Pourtant, malgré les progrès immenses qui ont été accomplis, les météorologues n'ont pas encore les moyens de tout savoir du temps qu'il fait. L'océan, qui couvre pourtant les deux-tiers du globe et dont l'impact est considérable sur les prévisions à courte et moyenne échéance, est insuffisamment connu des météorologues. Et ce, d'autant que les points de mesure y sont plus rares et que les océans ont une grande inertie. Développer des prévisions saisonnières à partir de modèles couplés entre atmosphère et océan, est ainsi une importante piste de recherche.

03.La prévision météo

Le développement de l'informatique et la puissance toujours plus importante Satellite météorologiqueSatellite METEOSAT ESA (Agence Spatiale Européenne) : appareil.
© Météo-France
des moyens de calcul a joué, dès les années 60, un rôle considérable dans l'essor de la prévision numérique, qui, aujourd'hui, demeure la seule utilisée avec succès.
Les services météorologiques disposent des ordinateurs les plus puissants du monde, d'une capacité de plus d'1 milliard d'opérations par seconde, qui travaillent en appliquant ce qu'on appelle des modèles climatiques. Il s'agit en fait de logiciels très complexes, dont le but est de reproduire aussi fidèlement que possible le comportement du climat terrestre. L'ordinateur représente les principales lois de l'atmosphère par des équations mathématiques, puis les transforme en lignes de code informatique. Comme il est impossible de décrire tout ce qui se passe partout, on découpe virtuellement l'atmosphère en cases d'une centaine de kilomètres de côtés. Ces cases sont en fait plutôt des "boîtes", car il s'agit d'un système en trois dimensions. A chaque nœud de ce maillage, on fixe des conditions de départ avec les valeurs initiales des différents paramètres sur lesquels l'ordinateur va travailler (température, vent, pression...). Enfin, on fait "tourner" le modèle : l'ordinateur calcule, sur la base d'équations et des valeurs initiales, comment évoluent les paramètres à chaque point de maille. Et on observe ainsi l'évolution du temps. Le résultat de tous ces calculs est fourni sous forme d'image ou de cartes, immédiatement disponibles dans les centres météorologiques.

04.Prévoir jusqu'à quand ?

Aujourd'hui, les prévisions météorologiques ne vont pas au-delà de 7 jours. L'augmentation de la puissance de calcul continue d'améliorer considérablement leur qualité : on considère en effet que l'on gagne un jour de prévision tous les cinq ans. Au-delà, leur fiabilité diminue parce que l'on sait que de nouveaux paramètres aléatoires peuvent intervenir et infléchir l'extrapolation. Ainsi, en météorologie, comme dans toutes les sciences, les prévisions fiables à 100% relèvent de l'utopie. MERLIN 4Avion météorologique
© DR
D'autant que contrairement à ce qu'on a cru pendant longtemps, une faible erreur dans les conditions de départ ne se traduit pas par une faible erreur dans les conditions d'arrivée. C'est ce qu'a vérifié, dans les années 60, le météorologiste américain Lorenz, avec sa théorie du chaos, assurant que le battement d'ailes d'un papillon dans la forêt amazonienne pouvait causer une tempête dans une autre partie du monde quelques mois plus tard. Cette théorie pourrait aboutir à la conclusion que toute prévision à longue échéance, c'est-à-dire au-delà de deux semaines, est impossible, du fait de la structure du système et non pas de sa complexité.

En outre, qui dit modélisation dit inévitablement simplification : de nombreux éléments ne sont pas pris en compte et un modèle ne représente forcément qu'une partie du système. C'est pourquoi les ingénieurs de la météo assurent constamment le suivi des prévisions, et corrigent les données au fur et à mesure.
En matière de prévision, deux méthodes existent. La méthode classique croise et compare deux modèles de calcul différents (en France, on utilise le modèle français, et l'anglais, dit modèle de Reading). Une nouvelle méthode, dite probabiliste, est actuellement utilisée. Elle applique des corrections aux données de base considérées dès le départ comme imparfaite, dans un sens et dans l'autre. On aboutit ensuite à différents jeux d'observations qui permettent de déterminer des indices de confiance, puis à trois solutions. C'est la prévision principale qui est diffusée par Météo France. A courte échéance, cette méthode de prévision pourrait être utilisée pour connaître la probabilité de phénomènes extrêmes : on ne saura pas dire si il y aura une tempête, mais on en connaîtra la probabilité.

05.Les nouveaux enjeux de la météo moderne

Aujourd'hui, les enjeux de la prévision météorologique sont devenus considérables. Toutes les activités économiques sont attentives au temps qu'il fait. Ainsi, Météo France, en dehors de ses missions de service public, assure des prestations personnalisées à valeur ajoutée à des clients de toutes sortes. Système automatique de radiosondage embarquéLâcher de ballon sur navire SARE intégré.
© Météo-France
Au-delà des traditionnels secteurs de l'aéronautique et de la marine, la demande émane des agriculteurs, des services des crues, des sociétés gestionnaires d'autoroutes, des compagnies d'assurance qui dimensionnent leurs prestations et leurs tarifs, des entreprises de travaux publics, ou même, des organisateurs d'événements sportifs.

Plus généralement, ce qu'on observe aujourd'hui, c'est l'extrême sensibilité de l'opinion publique aux phénomènes météorologiques. D'où une forte demande d'information. La "tempête du siècle" de Noël 1999, les inondations du sud de la France et la canicule de l'été 2003 ont fortement contribué à développer cette sensibilité. Prévus et annoncés par les ingénieurs de Météo France, ces phénomènes récurrents sont, pour les ingénieurs météorologues, beaucoup moins préoccupants que ce que révèlent les observations sur le long terme. Le réchauffement planétaire et la rupture de l'équilibre des paramètres de l'effet de serre en sont une. La trop forte concentration en gaz carbonique de l'atmosphère, ajoutée à celle de nombreux gaz polluants dus aux activités humaines (industrie, transports, chauffage) a pour effet d'intensifier l'effet de serre, pourtant nécessaire à la vie sur terre. Si la tendance perdurait telle qu'elle est relevée aujourd'hui, la température moyenne au niveau du sol pourrait augmenter de 1,5 à 6° à l'horizon d'un siècle, selon les scénarios. Le phénomène pourrait alors se poursuivre pendant des milliers d'années, avec des conséquences qui bouleverseraient les conditions de vie de milliards d'humains sur la planète.

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