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Trappes : mission Météo

Pour prévoir le temps qu'il fera demain, les météorologues ont besoin d'instruments précis qui mesurent la vitesse des vents, les taux d'humidité, la quantité de pluie... Reportage à la station Météo France de Trappes, où l'on met au point certains de ces instruments. Les données recueillies serviront aussi aux climatologues, pour des prévisions à long terme.

Image satellite de la FranceLa météorologie a été un des premiers domaines d'action des satellites. La mission principale des satellites artificiels de la Terre est d'effectuer des observations météorologiques depuis l'espace, et de transmettre à terre les données ainsi obtenues. Elles sont recoupées avec de nombreuses autres mesures, telles celles qui sont prises par les capteurs de Météo France.
© DESCLOITRES Jacques/MODIS/NASA/GSFC

C’est une préoccupation grandissante chez les Français : la météorologie. Depuis les grandes tempêtes de 1999 et la canicule de 2003, depuis que le pays est confronté à une sécheresse qui s'aggrave d’année en année, la société attend des efforts de la part des scientifiques et des techniciens pour mieux prévoir l’aléa climatique. Les météorologues décrivent le temps qu'il fait et prédisent celui qu'il fera grâce à l'étude des trente premiers kilomètres de l'atmosphère.

Comme une dizaine des centres départementaux de Météo France (établissement public administratif placé sous la tutelle du ministre chargé des Transports, il emploie 3700 salariés), le personnel de Trappes exerce une veille 24h/24. Il faut pouvoir répondre à toutes les demandes d’information, notamment de la part des autorités, et prévoir si possible les catastrophes météo. Pour mieux connaître la manière dont évoluent des paramètres comme la température, l’humidité, le vent ou la pression atmosphérique avec l’altitude, des ballons-sondes sont envoyés deux fois par jour.

C'est d'ailleurs d'ici, à la veille du XXe siècle, que partirent les ballons-sondes permettant d'identifier pour la première fois la stratosphère (couche supérieure de l'atmosphère) ; ce qui a fait du centre de Trappes un des berceaux historiques de la science météorologique.

Sur ce site se trouve également la Direction des Systèmes d’Observation de Météo France. Elle est chargée de tester les instruments innovants destinés à équiper les stations météo, afin de réaliser des prévisions toujours plus fines. Mais également de vérifier et contrôler les appareils de mesure - thermomètres, baromètres, etc. -, utilisés dans toute la France. Elle peut aussi développer elle-même de nouveaux équipements comme ce radar bardé d’innovations permettant de mieux caractériser les pluies qui tombent dans un cercle de 100 km de diamètre.

La météorologie étudie les variations du temps chaque jour et à n’importe quel endroit de la planète. Elle répond ainsi aux demandes et aux besoins des citoyens, notamment de ceux qui ont besoin des prévisions météo dans le cadre de leur activité : agriculteurs, personnels de l'aéronautique, marins pêcheurs, etc. Par ailleurs, les données recueillies quotidiennement dans les centres météorologiques, comme celui de Trappes, sont scrupuleusement archivées. En effet, avec d’autres données scientifiques, elles constituent le matériel statistique nécessaire à la climatologie, science qui examine les caractéristiques et l'évolution du climat global.

01.Prévoir le temps – et les catastrophes

Le parc à instruments de TrappesLe parc à instruments de la station météorologique départementale de Trappes contient des anémomètres, des thermomètres, des baromètres et des hygromètres. Les données collectées par ces instruments de mesure sont ensuite envoyées au centre national de Toulouse.
© Météo France
"Aujourd’hui, c’est calme", reconnaît Michel Ruchon, délégué départemental de Météo France pour les Yvelines. Tous les jours ne sont pas aussi paisibles au Centre Départemental de la Météorologie de Trappes. Pour demain, on annonce des vents à 100 km/h avec des pointes à 120 et de fortes pluies sur le département. Bref, il faut rester sur le qui-vive : des épisodes catastrophiques comme les tempêtes de 1999, qui avaient dévasté une partie de la France en quelques heures, le montrent bien. Le centre assure d’ailleurs une permanence 24h/24. Il doit avertir les services de la sécurité civile lorsque les conditions météorologiques prévues ne sont pas bonnes ou que les éléments commencent à se déchaîner. "Je peux à tout moment être réquisitionné par les autorités pour faire partie d’une cellule de crise si le besoin se présente", précise Michel Ruchon.

Pour bien prévoir le temps qu’il fera - et éventuellement se préparer au pire -, le centre de Trappes, comme tous les centres départementaux (il y a un centre par département), possède ses propres instruments, des capteurs en tout genre : anémomètres pour déterminer la vitesse du vent, thermomètres pour la température, baromètres pour la pression de l’atmosphère, hygromètres pour l’humidité ambiante. À cela s’ajoutent six stations automatiques réparties dans les Yvelines : les données qu’elles acquièrent sont transmises par voie hertzienne jusqu’au centre, plusieurs fois par jour.

Comme tous les centres départementaux de métropole, celui de Trappes envoie les données collectées au moyen d’une antenne satellite jusqu’au centre Météo France de Toulouse. Là, toutes les six heures, les informations qui y sont centralisées alimentent un modèle numérique recevant également les informations des satellites météorologiques. C'est ce modèle, tournant sur un ordinateur extrêmement puissant, qui permet de simuler la météo du globe, et donc de produire des prévisions pour la France comme pour d’autres pays. Les données météo considérées comme essentielles sont en effet échangées librement entre tous les pays, au sein du réseau GTS (Global Telecommunication System). D'autres données, comme celles fournies par les radars (voir chapitre 4), considérées comme non essentielles, pourront être vendues.

Les prévisions faites par le centre de Toulouse donnent les grandes tendances du temps, par exemple pour la France entière. Ensuite, les prévisionnistes régionaux, forts de leur connaissance du climat régional, ajustent les résultats de la simulation et les traduisent en termes observables, comme la durée et l'intensité des précipitations, les températures minimales et maximales du jour, etc. Les prévisions Ile-de-France sont ainsi élaborées à Paris.

Enfin, les prévisions encore plus fines et locales, qui concernent le département des Yvelines - la température au-dessus de la ville de Versailles, par exemple -, sont réalisées par le centre de Trappes. Les onze prévisionnistes qui se relaient devant leurs ordinateurs peuvent connaître d'un clic la "température du point de rosée" (température à laquelle la rosée commence à se former, c'est-à-dire quand la vapeur d'eau de l'air se condense) ou la vitesse des jets, ces forts vents d’altitude. Ainsi réalisent-ils des bulletins, réactualisés trois fois par jour, que les utilisateurs écouteront en composant sur leur téléphone le 3250 ou le 08 92 68 02, suivi du chiffre de leur département. Des alertes peuvent également être transmises à certains clients payants, comme la Chambre Départementale d’Agriculture - en cas d’une prévision de gel, par exemple -, des responsables de chantier en extérieur, la Direction Départementale de l’Équipement ou des collectivités locales.

02.Lâchers de ballons : des mesures en altitude

Un lâcher de ballonLa technique du lâcher de ballon consiste à accrocher une nacelle scientifique à un ballon-sonde gonflé à l'hélium qui va ensuite parcourir une centaine de kilomètre avant d’éclater. Le matériel de mesure transmet au sol, au fur et à mesure de l’élévation, les paramètres de l'atmosphère ; ceci permet de recueillir une mesure précise des différentes couches de l'atmosphère. Le ballon est également suivi au sol par une station de poursuite qui restitue sa trajectoire et en déduit le vent aux différentes altitudes.
© Escompte-Lengereau Rémi / CNRS Photothèque
Les données recueillies chaque jour à Trappes sont également utiles aux climatologues, qui ont pour mission d'étudier les variations du climat à long terme, sur trente ans et au-delà. "C’est une préoccupation que l’on sent poindre dans la société civile. Nous sommes tous de plus en plus concernés par l’augmentation de l’effet de serre et ses conséquences", note Michel Ruchon. Elles sont donc mises à disposition des différents laboratoires et centres de recherche en climatologie.

De plus, comme dans tous les centres départementaux, une vingtaine de bénévoles (agriculteurs, gendarmes, instituteurs, etc.), assistent le centre en notant la pluviométrie quotidiennement en différents lieux du département. Pourquoi ce paramètre et pas un autre ? "La quantité de pluie tombée sur un département est un paramètre difficile à connaître, car elle s’abat de manière très fluctuante sur un territoire donné", explique Michel Ruchon. Et comme Météo France ne peut pas tapisser le territoire de pluviomètres, ceux des bénévoles sont un précieux renfort. Ces informations alimentent une base de données à Toulouse, où sont conservées toutes les informations météo enregistrées sur le long terme.

Le centre de Trappes est également l’une des sept stations de métropole à effectuer des mesures en altitude des propriétés de l'atmosphère. Deux fois par jour, à midi et minuit, l’un des prévisionnistes se rend vers un bâtiment cubique, surmonté d’un toit en cloche. C’est là que, depuis 1923, sont gonflés des ballons à l’hélium (autrefois à l’hydrogène). Le boîtier qu’ils emportent et qui enregistre pression, température et humidité sur son chemin, ne pèse pas plus de 200 grammes. Les radars qui le suivent sont également en mesure, en enregistrant la manière dont ces ballons dérivent, de connaître la vitesse et la direction des vents. Les données parviennent au sol en temps réel, par voie hertzienne.

Léon Teisserenc de BortLes premiers sondages en altitude ont été réalisés par Léon Teisserenc de Bort à la fin du XIXe siècle, en utilisant des cerfs-volants.
© Météo France
Le ballon s’élève jusqu’à 30 km d’altitude et, libre comme l’air, peut parcourir des centaines de kilomètres. Il arrive d’ailleurs que sa chute - le ballon finit par éclater tant son volume augmente en raison de la faiblesse des pressions qu’il rencontre en altitude - provoque des frayeurs aux passants. Équipés d'un parachute, les instruments sont toutefois censés se poser lentement. Les capteurs sont parfois renvoyés au centre météo par des passants bienveillants, ou perdus à jamais.

Il y a un peu plus de 100 ans, c’était un gros panier d’osier rempli d'instruments pesant plusieurs kilos qui était envoyé dans les airs. À l’époque, Léon Teisserenc de Bort (1855-1913), un pionnier de la météorologie, cherchait à connaître l’évolution des paramètres en haute altitude. Et depuis les prairies mêmes où se situe le centre de Trappes aujourd’hui, il envoyait des cerfs-volants dans le ciel, puis des ballons. Il fut ainsi le premier à constater un phénomène très particulier vers 9 000 à 10 000 mètres : la température cessait de chuter avec l’altitude. Nous étions en 1899. Léon Teisserenc de Bort venait de découvrir une nouvelle couche de l’atmosphère qu’on appellerait bientôt la stratosphère.

03.Des capteurs aussi clairvoyants que l'œil humain

Le parc à instruments de la DSOLe parc à instrument de la Direction de Systèmes d’Observation (DSO) teste les appareils innovants destinés à équiper les quelque 1 300 stations météo automatiques de Météo France.
© Météo France
Jouxtant la prairie même d’où sont lancés les ballons-sondes, s’étend une zone d’herbe couverte d’appareils de couleur blanche fichés dans le sol. Il s’agit d’un parc à instruments expérimentaux appartenant à une autre entité de Météo France, la DSO (Direction de Systèmes d’Observation). C’est là que Météo France teste tous les appareils innovants destinés à équiper ses quelque 1 300 stations météo automatiques.

"Aujourd’hui, on peut à peu près tout mesurer grâce à des capteurs", affirme Pierre Grégoire, adjoint au chef du département d’observation au sol. C’est pourquoi on implante de plus en plus de stations météo totalement autonomes, notamment dans les zones inhabitées ou isolées. Recevant leur énergie électrique de capteurs solaires, ces 554 stations Radome (Réseau d’Acquisition de Données d’Observation Météorologique Étendu) communiquent leurs données par voie hertzienne, éventuellement par satellite.

À côté des traditionnelles températures ou niveaux de pluie, certains de ces appareils peuvent déterminer le "temps qu’il fait" aussi précisément que l’œil humain ou presque ; par exemple, s’il pleut, s’il bruine ou s’il neige. Dans le parc à instruments est également testé un "capteur d’état du sol" capable de déterminer si celui-ci est sec, mouillé, gelé ou couvert de neige.

Mais tous ces appareils seraient inutiles s’ils n’étaient finement étalonnés, c’est-à-dire ajustés de manière à ce qu’on soit assuré de la qualité de leurs mesures. C’est le travail de Jérôme Duvernoy, responsable du laboratoire de métrologie de la DSO. Chaque année, son laboratoire reçoit près de 2 000 instruments tels que baromètres, hygromètres, etc., venus de toute la France (métropole et outre-mer). Des appareils que lui et ses collaborateurs soumettent à la torture régulièrement. "Nous garantissons ainsi que les instruments de mesure n’ont pas dérivé au cours du temps. Exactement comme votre montre finit par ne plus être exacte", explique Jérôme Duvernoy, devenu expert dans l’art de "les remettre à l’heure".

Les thermomètres, par exemple, sont plongés dans un bain de glycol (composé chimique), porté à des températures variant de -50°C à 50°C. Leurs mesures sont ensuite comparées à celle d'un thermomètre étalon. Comment s'assurer de la fiabilité du thermomètre étalon ? Il est lui-même plongé dans du gallium dont la fusion se produit à 29,7645°C très précisément. Si le thermomètre indique bien cette température, il est exact.

04.Innovations radar : tout savoir sur la pluie

Le radar de Méteo FranceLe radar de la Direction de Systèmes d’Observation (DSO) permet de mesurer le taux de pluviométrie dans un rayon de 100 km.
© Météo France
"Il existe une forte demande de la société autour de l’hydrologie en raison de la sécheresse persistante en France ou des importantes inondations de cette décennie, souligne Jacques Parent du Châtelet, chef de la division développement radar. Les Français et les pouvoirs publics attendent une amélioration des prévisions concernant les pluies".

Les bons vieux pluviomètres sont précis mais peu répandus, on n'en compte pas plus d'un tous les 30 ou 40 km en France. Avantage des radars : ils offrent une précision au kilomètre. Classiquement cependant, ils ne font guère mieux que de localiser la pluie. Les précipitations réfléchissent les ondes envoyées par le radar et cet "écho" qu’elles renvoient, réceptionné par le même radar, permet d’identifier leur position jusqu’à 200 km de distance.

Désormais de nombreux calculs de correction sont apportés pour extraire du signal radio reçu le "profil vertical" des pluies, "c’est-à-dire la manière dont s’organisent les particules d’eau de haut en bas, depuis les nuages de cristaux de glace jusqu’aux gouttes tombées au sol, explique Jacques Parent du Châtelet. Cela permet de mieux évaluer la quantité d’eau effectivement reçue par un territoire". Bref, de ne pas seulement savoir où l'eau est tombée, mais également en quelle quantité.

Une autre amélioration apportée aux radars météorologiques - à la fin des années 1990 - permet de connaître la vitesse des vents… en prenant pour cible la pluie. Et ce, grâce à l'effet Doppler : "Le radar émet une onde à une certaine fréquence, explique Pierre Tabary, ingénieur au développement radar. Quand cette onde se réfléchit sur une cible en mouvement (en l'occurrence, des gouttes de pluie), on observe un décalage de la fréquence de l'onde". C’est par le même phénomène de "décalage des longueurs d’onde" qu'une voiture qui passe en klaxonnant émet un son perçu par un passant d'abord comme aigu puis comme grave (voir l’animation sur l’effet Doppler, en ressources). "Pour nous, les gouttes de pluie sont comme des poussières entraînées par le vent, poursuit Pierre Tabary. Cette technique nous permet donc de mesurer sa vitesse."

Testée sur le radar de Trappes, cette technique de l'effet Doppler va être déployée sur tous les radars de Météo France. Les informations sur le vent sont précieuses pour le secteur de l'aéronautique : elles permettent d'identifier des zones dangereuses, et contribuent aussi à l'amélioration générale des prévisions météo.

Enfin, une autre innovation développée à Trappes permet de caractériser la forme des gouttelettes de pluie. En effet, les radars jusqu'ici disponibles pouvaient confondre un nuage de moustique, une averse de grêle, et des flocons de neige. Finie la confusion ! Désormais, grâce à une analyse plus fine de l'écho radar, "nous pouvons savoir si la pluie que l’on voit tomber grâce au radar est vraiment composée de gouttes d’eau, ou bien s’il n’est pas plutôt en train de grêler ou de neiger", explique Jacques Parent du Châtelet.

Plus on dispose de données précises sur le temps qu'il fait (température, taux d'humidité, pression, etc.), meilleures seront les prévisions pour les heures et les jours à venir. Par exemple, pour prévoir une tempête il faut bien situer les tourbillons précurseurs de cette tempête, qui sont souvent les résidus de dépressions anciennes. Commettre une petite erreur de positionnement des tourbillons précurseurs peut conduire à une prévision d'une unique grosse tempête demain ou à celle de deux petites. Ce n'est pas pareil !

D'où l'intérêt de développer tous ces outils de mesure. Bien sûr, l'agriculteur des Yvelines n'a pas besoin de Météo France pour distinguer un flocon de neige d'une goutte de pluie. Mais Météo France a besoin de savoir précisément quelle quantité de pluie est tombée au fin fond du bois de tel département pour prévoir au mieux le temps qu'il fera demain !

C'est ainsi que les radars ont apporté des gains de fiabilité importants pour les prévisions immédiates, de une heure à six heures. On peut désormais dire avec certitude s'il pleuvra ou non sur le stade de Roland-Garros deux heures avant la finale. La prévision immédiate est très sollicitée pour les activités en plein air se déroulant pendant l'été, comme les compétitions sportives ou les spectacles. Mais aussi, en toutes saisons, pour les divers modes de transport terrestre et aérien, pour les usines (risque de pollution, d'activité électrique, etc.), et pour d'autres domaines de gestion impliquant des interventions rapides (relais de télévision, services d'annonce des crues, etc.).

De un à trois jours, les prévisions sont fiables mais peuvent être réajustées.Au-delà et jusqu'à sept jours, Météo France diffuse une tendance du temps assortie d'un indice de confiance, allant de 1 à 5 (plus la prévision est sûre, plus le chiffre est élevé). Mais l'indice 5 n'est jamais utilisé (la certitude absolue étant un objectif inaccessible en prévision météo), et on recourt à l'indice 4 pour une très bonne prévision.

Il faudra attendre d'autres progrès sur les outils de mesure, la puissance de calcul informatique, et "l'intelligence" des modèles numériques, pour prévoir sans marge d'erreurs le temps à cinq jours…

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