Les métiers de la météo, histoire et patrimoine

JOËL COLLADO JEAN-CHRISTOPHE VINCENDON

les métiers de

LA MÉTÉO histoire & patrimoine

loubatières

Champ de blé près de Cupar en Écosse.

L’agriculture a été au cœur des premières préoccupations météorologiques.

Les premières observations météorologiques, les premières théories De l’Antiquité au Moyen Âge Les premières traces connues d’une observation météorologique par l’homme nous viennent de Chine et se trouvent dans le traité Huangdi NeiJing ou Classique interne de l’empereur Jaune, vraisemblablement compilé entre 475 et 221 av. J.-C. Cet ouvrage de médecine comporte un volet, le Su Wen, dans lequel sont consignées les observations du temps, l’influence du climat étant un élément à part entière de la médecine chinoise. En Inde, le Arthasastra, un ouvrage de politique et de stratégie militaire rédigé en sanscrit au IVe siècle av. J.-C., mentionne l’usage de coupelles servant à mesurer la quantité de pluie dans plusieurs régions du pays.

Mais c’est au philosophe grec Aristote (384-322 av. J.-C.) que nous devons le premier traité de météorologie, Les Météorologiques, rédigé

Mousson en Inde au mois de juin 2011.

Paysans travaillant dans des rizières sous la pluie au Japon, gravure d’Andō Hiroshige (1797-1858).

Représentation de Dzahui, dieu de la pluie des Mixtèques, peuple d’Amérique centrale à l’époque précolombienne.

vers 334 avant J.-C. Selon Aristote, l’origine de tous les phénomènes atmosphériques est le soleil. Son mouvement chauffe la terre et provoque la montée d’exhalaisons dans l’atmosphère ou zone sublunaire. Ces exhalaisons proviennent à la fois de l’eau et de la terre et sont soit humides soit sèches. Si l’exhalaison sèche domine, du vent se forme ; si, au contraire, c’est l’humide qui domine, des météores (« ce qui est élevé dans les airs », tout phénomène qui se produit dans l’atmosphère) – rosée, pluie, neige, brouillard (on dirait aujourd’hui hydrométéores) – apparaissent après condensation de la vapeur. « Maintenant le soleil, se déplaçant comme il le fait, met en branle un processus de changement, de devenir et de déclin qui par son action élève la plus fine et douce eau chaque jour, la dissout en vapeur et la transporte vers les hauteurs où elle se condense à nouveau par le froid et retourne ensuite à la terre. » Il s’agit là de la première description connue du cycle de l’eau. Théophraste (371-288 av. J.-C.), élève d’Aristote, écrira vers 300 av. J.-C. Des signes du temps, premier ouvrage de prévisions météorologiques en Europe.

L’extension de l’Empire romain au Ier siècle avant J.-C. sur la partie orientale du bassin méditerranéen s’accompagne du déclin de la science grecque. Dans l’Ouest de l’Europe, au cours du haut Moyen Âge, la religion chrétienne place Jésus en maître des temps et des climats ; les phénomènes météorologiques sont mis en relation avec la religion et les premières avancées scientifiques disparaissent au profit de la théologie.

Dans d’autres régions du monde, comme en Amérique centrale, le dieu aztèque de l’eau, Tlaloc, est aussi la figure divine de la pluie, de la foudre et de l’agriculture, tout comme Chac chez les Mayas.

Les événements climatiques étant nécessairement d’origine divine, souhaiter la pluie ou le beau temps passait nécessairement par une intercession auprès des dieux. Des approches « naturalistes » de l’observation météorologique, extrêmement simples, sont cependant présentes.

Les documents médiévaux d’Europe occidentale témoignent de la coexistence de ces deux approches : d’une part, les nuages étaient perçus comme une manifestation de la nuée mystique, mais on constatait d’autre part que le nuage était à l’origine de la pluie, sans en connaître la nature : était-ce solide, dense, vaporeux ? La réflexion météorologique était alors quasi inexistante et la classification était très simple entre les nuages noirs qui apportent la pluie et les blancs qui s’en sont vidés. Ils étaient parfois qualifiés de rouge quand il y avait un peu d’humidité avec le soleil. Les nuages étaient qualifiés de « décevants » quand ils n’apportaient pas la pluie. Quelques archives d’observations, rédigées par des prêtres ou des historiens, sont parvenues jusqu’à nous, mais de manière très fragmentaire et concernant des phénomènes sortant de l’ordinaire plutôt que des observations quotidiennes. Le refroidissement de 535-536, accompagné de dérèglements marqués du temps, vraisemblablement dû à la présence de poussières dans l’atmosphère résultant d’une éruption volcanique ou de l’impact d’objets sidéraux (l’analyse des troncs d’arbres par la dendrochronologie et l’analyse des glaces au Groënland corroborent

LES PREMIÈRES OBSERVATIONS…

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Située dans l’agora romaine, au pied de l’Acropole d’Athènes, la Tour des vents – aussi nommée Horloge d’Andronicos – est une horloge hydraulique (clepsydre) dont chacune des huit faces est ornée d’une représentation en haut-relief des huit vents principaux.

Ici, de gauche à droite : Lips (S-O) ; Notos (S) ; et Euros (S-E).

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

La ligne reliant sur une carte météorologique les points d’égale pression mesurée au niveau de la mer est l’isobare. Les observations et mesures sur la pression atmosphérique ont permis d’isoler les phénomènes météorologiques de l’anticyclone et de la dépression.

L’anticyclone est une zone fermée de haute pression atmosphérique ; sur une carte il est figuré par un système d’isobares dont la pression est maximale au centre. Inversement, la dépression est une zone fermée de basse pression atmosphérique qui sur une carte est figurée par un système d’isobares dont la pression est minimale au centre.

Ici une carte d’analyse de Météo-France de la situation au 27 octobre 1997 présentant les lignes isobares au niveau de la mer, les anticyclones et les dépressions.

L’appareil utilise le soleil pour interagir avec le liquide qui monte dans le tube sous l’effet de la chaleur. Un autre appareil est conçu sur le même principe vers 100 avant notre ère par Héron d’Alexandrie.

Plus près de nous, Santorio Santorio (1561-1636), professeur de médecine théorique à Padoue, désirant suivre l’évolution de la fièvre chez ses malades, a l’idée de transformer l’appareil de Héron d’Alexandrie en le dotant empiriquement d’une graduation permettant de mesurer les variations de la chaleur du corps. Il signale son instrument dans une publication de 1612 et le décrit en 1630. On attribue souvent la paternité de son invention à Galilée (1564-1642), mais c’est bien la réalisation de Santorio Santorio qui marque l’introduction de la mesure dans l’étude du chaud et du froid.

Le baromètre En 1643, le savant italien Evangelista Torricelli (1608-1647), s’appuyant sur des travaux de Galilée, invente le baromètre à mercure, basé sur la variation de la colonne de mercure en fonction de la pression de l’air. Cet instrument figure parmi les plus anciens utilisés en météorologie.

Blaise Pascal s’empare de cette idée trois années plus tard pour procéder à différentes expérimentations en faisant varier l’altitude. Son beau-frère Florin Périer procède en 1648 à des comparaisons au sommet du Puyde-Dôme et à Clermont-Ferrand. Le résultat est net, la hauteur du mercure est moins importante au sommet de l’ancien volcan que dans la ville, Pascal démontre que l’air possède un poids différent selon l’altitude, annonçant ses futurs travaux sur le vide et la pression atmosphérique.

L’anémomètre Observer la direction des vents est chose aisée, la rose des vents est connue des Phéniciens (1300 à 300 av. J.-C.) et la girouette surplombe depuis longtemps les clochers des églises. Par contre, il est plus difficile d’appréhender la force et la vitesse du vent. La première mesure du vent est, au départ, une indication de sa force. Une fois encore c’est dans l’Italie de la Renaissance que l’on trouve l’inventeur du premier anémomètre, en 1450, en la personne du mathématicien Leon Battista Alberti (1404-1472). Cet anémomètre à plaque rudimentaire est redécouvert par l’inventeur anglais Robert Hooke (1635-1703) au XVIIe siècle qui en diffuse la connaissance grâce à la Royal Society of London et qui en publie le dessin en 1687. En 1846, l’astronome britannique Thomas Romney Robinson (1792-1882) invente le premier anémomètre à coupelles constitué par quatre petits bols attachés à un axe vertical que le vent met en rotation. Cet appareil sera perfectionné au cours des ans mais son principe perdure et c’est le type d’anémomètre le plus communément utilisé encore aujourd’hui.

Ci-dessus. Mesure du vent à l’aide d’un anémomètre à l’observatoire du mont Washington dans le New Hampshire. L’unité internationale de la vitesse du vent est le mètre par seconde (m/s). En météo marine, on utilise le nœud. 1 nœud = 1 mile marin/heure, soit 1,852 km/h.

Ci-contre. Instruments de mesure du vent sur le toit du siège du Service météorologique des États-Unis, 1880.

Ci-dessous. Réplique du premier pluviomètre connu, inventé en Corée sous le règne du roi Séjong (XVe siècle).

Le pluviomètre L’observation et la mesure des pluies sont certainement parmi les plus anciennes préoccupations météorologiques de l’homme. On trouve des traces de mesures de la mousson à l’aide de bols gradués en Inde dès le IVe siècle av. J.-C. En Palestine, à partir du IIe siècle av. J.-C., des écrits religieux mentionnent la mesure des pluies pour des besoins agricoles.

Le premier pluviomètre connu a été conçu en Corée en 1441. En Italie, Benedetto Castelli (1577-1644) entreprend de mesurer la pluie au moyen d’un récipient de verre, mais le premier instrument de mesure fiable des précipitations apparaît avec l’invention, au XVIIe siècle en Grande-Bretagne par Christopher Wren (1632-1723), du pluviomètre à augets (« petites auges »). Son appareil était constitué d’un entonnoir et de trois compartiments qui récupéraient chaque heure à tour de rôle les précipitations.

Wren pose également le principe des augets à basculement, qui permet de mesurer à la fois la quantité et l’intensité des précipitations, dont le mécanisme est encore présent dans les pluviomètres actuels.

L’hygromètre L’hygrométrie est la mesure de l’humidité de l’air, c’est-à-dire la mesure de la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère. L’instrument le plus simple, et l’un des plus anciens, est l’hygromètre à cheveu, dont le premier a été mis au point par Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799) en 1781. L’appareil utilise les propriétés du cheveu qui s’allonge ou se raccourcit selon le taux d’hygrométrie de l’air ; le dispositif est constitué d’une aiguille reliée au cheveu qui se déplace devant un cadran gradué.

Au début du XIXe siècle apparaît le psychromètre, instrument formé de deux thermomètres, l’un à réservoir sec, l’autre à réservoir humide, dont la différence de température est convertie en mesure hygrométrique.

Simple et peu coûteux, l’hygromètre à cheveu sera utilisé dans les stations météorologiques jusque dans les années 1970, et le psychromètre jusqu’en 1994. Ils sont remplacés aujourd’hui par des sondes d’humidité.

Citons enfin l’héliographe qui mesure la durée de l’ensoleillement sur un point de la planète, basé sur l’enregistrement de la durée pendant laquelle le rayonnement solaire est d’une intensité suffisante pour produire des ombres distinctes. L’enregistrement s’effectue sur une bande de papier, par un système ingénieux. Inventé par John Francis Campbell en 1853 puis modifié par Georges Stokes en 1879, il est toujours utilisé de nos jours.

Dès le XVIIe siècle, thermomètre, pluviomètre, baromètre et anémomètre sont embarqués dans les bateaux qui traversent les océans et font l’objet de relevés quotidiens. On trouve dans les notebooks utilisés par les vaisseaux anglais à partir des années 1650, puis en France dans les années 1720-1730, des séries d’observations continues jour par jour décrivant le temps mais aussi la hauteur des vagues, ainsi que des calculs de vitesse et d’orientation de vents. Ces données sont d’un précieux apport pour qui s’intéresse aujourd’hui à l’histoire du climat. À l’époque, elles contribuèrent à l’établissement des premières connaissances de l’atmosphère, l’absence d’altitude permettant une observation plus pure des phénomènes et de distinguer de grandes tendances. C’est dans ces siècles d’inventions et de découvertes qu’en 1686 Edmund Halley cartographie pour la première fois les alizés, les fameux trade winds (littéralement, vents du commerce) anglais – quatre ans plus tôt il avait identifié la périodicité de la comète qui porte son nom : 76 ans. On a là les prémices d’une compréhension globale du système atmosphérique et des régimes du temps.

Cinquante années plus tard, s’appuyant sur ces travaux et sur ceux de Galilée, Georges Hadley explique, en 1735, le sens de la circulation de

LA NAISSANCE DE LA MÉTÉOROLOGIE MODERNE

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Page de gauche. Carte (détail) de l’Anglais John Senex en 1727. Les alizés sont indiqués par de petites flèches autour de la zone équatoriale.

La barbe de Saint-Moré (Stipa pennata) est une graminée très sensible au taux d’humidité de l’air.

Par temps sec, ses poils se rétractent ; par temps humide, ils se déploient le long de la tige. L’humidité relative de l’air s’exprime en pourcentage, de 0 à 100 % : un air saturé en vapeur d’eau a une humidité relative de 100 % ; un air très sec, une humidité de 10 à 20 %.

Ci-dessous. Héliographe Campbell de la station d’Atuona aux Îles Marquises. On peut apercevoir le reflet de la baie des Traites dans l’héliographe. À gauche. Bande de papier d’un héliographe brûlée par le rayonnement solaire.

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

La force de Coriolis correspond à une loi de la cinématique : « Toute particule en mouvement dans l’hémisphère nord est déviée vers sa droite (vers sa gauche dans l’hémisphère sud). » Cette loi s’applique aussi à une parcelle d’air en mouvement.

Dans l’hémisphère nord, la circulation de l’air sera anti-horaire autour d’une dépression et horaire autour d’un anticyclone.

Cette image en composition colorée a été réalisée à partir des satellites géostationnaires américains GOES11 (135 W) et GOES12 (75 W) le 24 février 2010 à 18 h. On note les sens opposés des enroulements dépressionnaires dans les deux hémisphères.

Page de droite. Lancer à Trappes, vers 1904, d’un des grands cerfs-volants de Teisserenc de Bort.

Le cerf-volant emporte des instruments enregistreurs.

Double page suivante. L’orage s’éloigne près de Stockton, en Californie, le ciel est encore tourmenté.

Le cumulonimbus de base très sombre est doublé près du sol de stratus fractus (panus) et en haut à gauche de l’image on peut remarquer la particularité du pileus (couvre-chef en latin) au sommet du dôme.

ces courants atmosphériques en introduisant le paramètre de la rotation terrestre.

La découverte par le mathématicien et ingénieur Gustave-Gaspard Coriolis (1792-1843) de la force qui porte son nom permettra, appliquée à la météorologie, de comprendre et de préciser l’influence de la rotation de la terre sur la circulation atmosphérique.

L’exploration de l’atmosphère Longtemps l’étude des phénomènes météorologiques et les mesures de pression, de température et d’hygrométrie ne purent s’effectuer qu’au niveau du sol, au mieux aux sommets de quelques montagnes. Le zoologiste Henri-Marie Ducrotay de Blainville (1777-1850) écrivait : « Nous sommes dans une parfaite ignorance sur ce qui se passe au-dessus de nous et sur les véritables qualités de l’atmosphère, de sa haute région. » Pascal avait mis en évidence au XVIIe siècle que la pression atmosphérique variait selon l’altitude. Il fallut attendre les premiers aérostats pour commencer à explorer les cieux. L’invention des frères Étienne et Joseph Montgolfier permet, dès la première démonstration publique le 4 juin 1783, d’atteindre 1 800 m d’altitude. Très vite, les savants qui s’intéressent à la météorologie s’emparent de cette innovation.

En août 1804, les physiciens Jean-Baptiste Biot et Louis-Joseph Gay-Lussac s’envolent à près de 4 000 m d’altitude pour établir un profil vertical de température. Un mois plus tard, Gay-Lussac effectue un nouveau vol jusqu’à 6 000 m d’altitude. Tout au long du XIXe siècle, vols habités et mesures se multiplient jusqu’à ce qu’en 1892 le français Gustave Hermite invente le ballon-sonde et y fixe un baromètre. Ce premier ballon-sonde, qui n’était pas encore équipé de radio et devait donc être récupéré après sa chute pour relever les mesures, est amélioré par

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

Du Bureau central météorologique à Météo-France Page de droite. Aquarelle d’André Des Gachons (1871-1951). Illustrateur notamment des œuvres de Gustave Flaubert, Paul Verlaine ou encore Théophile Gautier ; il devient en 1913 correspondant bénévole du Bureau central météorologique. Ses « images » du ciel sont assorties d’observations météorologiques traditionnelles, comme des relevés de température, de pression, de nébulosité ou d’insolation.

Son souci du détail et ses talents de miniaturiste l’ont conduit à créer des « croquis-schémas de l’aspect du ciel de la semaine » qu’il envoie régulièrement au Bureau central.

Inauguré le 18 août 1894, l’observatoire du mont Aigoual est le dernier observatoire météorologique de montagne encore occupé toute l’année en France.

À la mort de Le Verrier en 1877, la Commission créée sous l’égide du ministère de l’Instruction publique, considérant qu’il n’y a « aucune relation scientifique entre l’astronomie et la météorologie » prône la création d’un service météorologique indépendant de l’Observatoire. Ce sera, en mai 1878, le Bureau central météorologique (BCM), organisme rattaché au ministère de l’Instruction publique. Son premier directeur, Éleuthère Mascart (1837-1908), fait installer en 1889 une station d’observation météorologique au sommet de la tour Eiffel.

Le BCM dirige les stations météorologiques dites de premier ordre que sont les observatoires météorologiques répartis sur tout le territoire, principalement Besançon, Bordeaux, Lyon, Marseille, Nantes, la tour Eiffel (Paris), Perpignan, Saint-Maur, Toulouse et, en montagne, au mont Aigoual, pic du Midi, puy de Dôme et mont Ventoux. Ils sont munis d’instruments enregistreurs, de nombreux appareils d’observation et pourvus d’un petit laboratoire.

Dans les stations de deuxième ordre, déjà établies pour la plupart par Duruy et Le Verrier, les observations sont faites par les écoles normales et des fonctionnaires des Travaux publics, de l’Agriculture, de la Guerre ou de la Marine.

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

LES OBSERVATEURS DU RÉSEAU CLIMATIQUE D’ÉTAT La France compte un réseau d’un peu plus de 2 500 observateurs, en métropole et outre-mer, œuvrant dans le cadre du Réseau climatologique d’État géré par Météo-France. Si historiquement, la Société royale de médecine est la première, au milieu du XVIIIe, à développer un réseau d’observateurs météorologiques, il faut attendre Urbain Le Verrier pour que se formalise à la fin du XIXe cette notion de réseau météorologique. La préoccupation essentielle de Le Verrier est l’avertissement météorologique. En 1865, il fait créer les commissions météorologiques départementales afin d’organiser les observations sur les orages. C’est à Alfred Angot (1848-1924), directeur de l’ONM de 1908 à 1920, que revient le mérite d’avoir structuré et organisé les mesures des postes d’observations bénévoles en s’appuyant sur les commissions départementales, pour pouvoir caractériser le climat de la France.

Remise officielle de la médaille Le Verrier à Robert Yawalou, bénévole de Météo-France aux Trois-Sauts, poste climatologique en Guyane, par Dominique Dago du service régional de Guyane.

Une équipe de Météo-France – Guyane a effectué une mission de remise à niveau d’un poste climatologique bénévole aux confins de l’Amazonie en mai et juin 2004. À droite. Station du Réseau climatologique d’État à Bords en Charente-Maritime.

Page de droite. Givre dans le Beaujolais. Les relevés effectuées par les observateurs du réseau climatologique d’État permettent de mieux connaître les particularités des climats locaux.

Chaque matin, entre 7 h 30 et 9 h, les observateurs du Réseau climatologique d’État relèvent la quantité d’eau collectée par le pluviomètre et, pour certains, les températures minimales et maximales. Ils peuvent, également, commenter le temps qu’il a fait la veille et indiquer les phénomènes – neige, brouillard, orage, vent, etc. – qu’ils ont pu observer.

Ces informations sont transcrites sur un cahier mensuel, ou saisies directement sur un portail internet dédié, puis transmises au Centre météorologique dont ils dépendent, à charge pour celui-ci de valider et d’enregistrer les observations dans la base de données de Météo-France.

Les postes d’observations sont majoritairement installés en zone rurale et ces relevés quotidiens effectués manuellement permettent de mieux connaître les particularités des climats locaux. Les appareils sont installés suivant des normes d’emplacement standardisées et sont contrôlés au moins une fois par an par des techniciens de Météo-France. Ces observations bénévoles sont réalisées par des personnes très différentes que réunit la motivation d’apporter leur pierre à la connaissance fine du climat de leur région.

Figures 1. Ci-dessus une carte des années 1920 (ici le 1er juillet 1929) et ci-dessous, une carte actuelle.

Les symboles ont changé mais les principaux éléments représentés restent les mêmes : fronts chauds, fronts froids, occlusions (lorsque le front froid rattrape le front chaud), champ de pression (la ligne 1 015 hPa déjà dessinée en gras à l’époque indique la pression « moyenne », c’est la limite entre les basses pressions et les hautes pressions).

Les modèles de prévision numérique

Fronts et isobares le 17 décembre 2009.

L’intérêt de l’observation n’est pas seulement de décrire et mesurer le temps qu’il fait, c’est aussi et surtout d’être le point de départ de la prévision météorologique. Une prévision est initiée puis contrôlée par les observations selon un mécanisme qui ne dort jamais. De très puissants ordinateurs tournent 24 h/24 pour faire fonctionner ce qu’on appelle des modèles de prévision numérique. Un modèle de prévision numérique en météorologie est un ensemble de programmes informatiques dont les algorithmes reproduisent les lois de la circulation atmosphérique, simulant le fonctionnement de l’atmosphère dans toute sa complexité.

En plus des paramètres atmosphériques (pression, vent, température, humidité), le modèle prend en compte les échanges entre l’atmosphère et la surface terrestre, entre l’atmosphère et les océans ou entre l’atmosphère et le rayonnement solaire…

Ces modèles de prévision numérique sont organisés de telle façon que l’atmosphère est représentée par une multitude de boîtes, l’ensemble de ces boîtes constituant un maillage très complet de l’atmosphère repéré par la latitude, la longitude et l’altitude (fig. 2). Les calculs d’évolution

DE L’OBSERVATION À LA PRÉVISION…

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Figure 2. On voit ici un morceau de l’ossature d’un modèle de prévision destiné à numériser l’atmosphère. Les calculs de vent, de pression, et de température sont effectués à chaque intersection de ces « boîtes » visibles sur le schéma. Ces intersections sont appelées les « points de grille » du modèle, la « maille » correspondant à la distance qui les sépare.

des paramètres atmosphériques se font à l’échelle de ces mailles. Plus le maillage est fin, plus le modèle est précis et plus il peut prendre en compte des phénomènes météorologiques de petite dimension.

Un modèle de prévision numérique est, en quelque sorte, une maquette de l’atmosphère, une tentative de représentation au plus juste des évolutions de la température, du vent, de la pression, de la couverture nuageuse, etc.

Différents types de modèles De nos jours, il existe deux types de modèles de prévision : les modèles globaux, qui considèrent l’atmosphère dans son ensemble tout autour du globe terrestre, et les modèles à mailles fines, qui sont des zooms sur un pays ou un groupe de pays. Pour fonctionner, ces modèles à mailles fines doivent être couplés à un modèle global qui leur fournit les conditions aux limites, c’est-à-dire les paramètres atmosphériques à leurs frontières.

De nombreux pays ont développé des modèles de prévision numérique. En France, le modèle global utilisé actuellement s’appelle ARPEGE (Action de Recherche Petite Échelle Grande Échelle). Ce modèle peut fournir des prévisions sur l’ensemble du globe jusqu’à une échéance de quatre jours. Sur la France, sa maille horizontale est d’environ 10 km. Cela signifie que près du sol ARPEGE calcule l’évolution des paramètres météorologiques tous les 10 km, aussi bien sur l’axe estouest que sur l’axe nord-sud.

Pour obtenir des prévisions encore plus précises sur la France, ARPEGE est complété par un modèle à mailles fines nommé AROME (Application de la Recherche à l’Opérationnel à Méso-Échelle).

AROME calcule l’atmosphère sur la France uniquement et selon une maille horizontale de 2,5 km (fig. 3). C’est un modèle opérationnel depuis 2008, il fait partie de la dernière génération des modèles de prévision numérique développés dans le monde. Sa maille sera bientôt abaissée à 1,2 km, il sera capable d’appréhender des phénomènes de

Figure 3. Une partie du relief des Alpes vu par les modèles ARPEGE (en haut) et AROME (en bas).

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

La prévision à quelques heures d’échéance Généralement, la question est du type : « Va-t-il pleuvoir tout à l’heure sur les courts de tennis de Roland-Garros ? », ou encore « Quelle température va-t-il faire sur la piste n° 2 de l’aéroport de Roissy cet après-midi entre 15 h et 16 h ? », ou bien « Le violent orage qui vient de balayer Toulouse va-t-il atteindre Carcassonne avec le même degré de violence ? » La prévision immédiate, ainsi qu’on l’appelle en France (nowcasting dans les pays anglo-saxons), est celle qui demande la plus haute précision.

Elle commence par une analyse fine et approfondie de la situation météorologique observée. Toutes les possibilités offertes par les observations

Prévisionniste du 20e escadron météo de l’armée de l’air américaine au travail.

Cette illustration est tirée d’une série réalisée au sein de cette unité lorsqu’elle était stationnée au Japon en 1950-1951.

décrites dans les chapitres précédents sont exploitées : les images du satellite, les images des radars de précipitation, les détecteurs de foudre… Il s’agit en fait d’une extension du travail de surveillance météorologique. À travers ces différentes observations, le prévisionniste reconnaît un phénomène météorologique particulier, mais comment prévoir l’évolution de cette situation dans les heures à venir ? Le premier outil est l’utilisation des modèles conceptuels, à savoir les caractéristiques du phénomène observé et les propriétés qui vont gérer son évolution. Par exemple, la ligne de grain est un phénomène particulier qui se matérialise par une ligne orageuse suivie de pluies plus faibles et régulières, le tout accompagné d’une chute brutale de la température, de fortes variations de pression et de rafales de vent. Un prévisionniste qui reconnaît une ligne de grain circulant sur la France pourra prévoir avec une bonne précision l’évolution de la température, du vent et des précipitations sur les régions vers lesquelles elle se dirige. Et si cette ligne de grain est particulièrement forte, une alerte aux orages avec violentes rafales peut être lancée à temps auprès des autorités.

Il existe aussi une méthode de calcul des déplacements de nuages, de pluie ou d’orages. Lorsque de petits paquets pluvieux sont présents sur la France, un logiciel calcule en temps réel leur évolution grâce aux observations des radars de précipitation. Cela permet, en extrapolant, d’avoir la vision de l’activité et de la position de ces pluies à deux ou trois heures d’échéance. Ce logiciel tourne à plein régime pendant les Internationaux de France de tennis au stade Roland-Garros, mais il est bien sûr utilisé dans bien d’autres circonstances.

Enfin, avec l’utilisation des modèles de prévision à mailles fines développés récemment tels qu’AROME, on peut s’intéresser à l’évolution des paramètres météorologiques heure par heure avec une localisation très précise de l’ordre du kilomètre (fig. 10). Ainsi, si un responsable

Salle des prévisions à Toulouse le 14 avril 2010.

Figure 10. Sur l’image du satellite, on voit nettement la couche de nuages bas qui recouvre une grande partie de la France. Les contours en violet représentent la prévision de couverture nuageuse du modèle AROME. On peut apprécier la précision et la qualité de cette prévision, en particulier à proximité des massifs montagneux.

Double page suivante. Dans la soirée du 23 mai 2014, plusieurs supercellules orageuses grondaient le long de la frontière entre la Caroline du Nord et du Sud, entraînant d’importantes chutes de grêle.

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

La prévision à quelques jours d’échéance

Figures 11. En haut, la prévision de la quantité de précipitations donnée par le modèle de prévision numérique à échéance de 3 heures.

En bas, la quantité de précipitations observée durant la même période par les radars de précipitations.

Quand on compare ces deux documents, on constate une bonne corrélation entre ce que propose le modèle et ce qu’on observe dans la réalité. Le modèle est bien « calé », le prévisionniste peut avoir une certaine confiance.

En météorologie, la méthode de travail est toujours la même : on étudie d’abord la situation à grande échelle, ensuite à petite échelle. Par exemple, si on doit prévoir le temps sur la région Rhône-Alpes uniquement, on regardera d’abord ce qui se passe à l’échelle de l’Europe et du proche Atlantique, puis on s’intéressera aux évolutions à l’échelle de la France ; de cette façon on dispose de tous les éléments pour approfondir le travail de prévision à l’échelle de la région.

Dans le cadre de la prévision immédiate, le temps observé fourmille d’indications sur l’évolution de la situation au cours des heures à venir.

Pour les échéances ultérieures, c’est-à-dire le lendemain et les journées suivantes, c’est beaucoup moins le cas. L’unique moyen permettant de fournir une prévision fiable et réaliste est l’utilisation des modèles de prévision numérique. À partir de J+1, on utilise des modèles globaux, c’est-à-dire des modèles qui calculent l’atmosphère tout autour de la terre. Leur précision est moindre que les modèles à mailles fines mais elle est quand même très satisfaisante, avec des points de calcul tous les 10 à 15 km environ et des données fournies toutes les trois heures. Encore une fois, les sorties de modèle ne donnent pas directement au prévisionniste l’image du temps qu’il va faire. Des travaux de vérification, de reconnaissance, de comparaison, de tri, d’interprétation et de mise en forme devront être effectués avant qu’on puisse parler effectivement de prévision.

Une étape essentielle, le « calage »

En haut, à droite. Salle de prévision du Service météorologique métropolitain vers 1968.

Tracé d’une carte de situation.

Pour effectuer une prévision pour les journées J+1, J+2 et J+3 sur la France, les prévisionnistes disposent d’un certain nombre de modèles de prévision numérique, dont le modèle français ARPEGE qui produit des cartes de prévision de paramètres jusqu’à une échéance de quatre jours. La première tâche consiste à vérifier le « calage » des modèles. Il s’agit de confronter, aux premières échéances de la session (généralement à T+3 heures et T+6 heures), les prévisions effectuées par le modèle avec les observations disponibles. Si prévisions et observations sont très proches, on dira que le modèle est « bien calé ». Si elles s’éloignent, on dira que le modèle est « mal calé » et on aura tendance à l’écarter pour les choix ultérieurs (fig. 11).

LA PRÉVISION MÉTÉOROLOGIQUE

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À la recherche du meilleur scénario…

Comme dans le cas des prévisions immédiates, en confrontant les premières données des modèles avec les observations, les prévisionnistes commencent à reconnaître des objets météorologiques et vont faire appel aux modèles conceptuels qu’ils connaissent pour avoir une première approche synthétique de l’évolution des nuages et de la pluie (fig. 12).

L’examen des champs météorologiques à grande échelle (l’Europe et le proche Atlantique pour une prévision concernant la France) donne une première indication du type de situation dans laquelle on se trouve : situation anticyclonique ou au contraire dépressionnaire, situation à vent fort ou non, situation propice aux brouillards ou aux orages… À partir des grands types de situation, les paramètres les plus pertinents sont retenus. Par exemple, en cas de situation anticyclonique hivernale, on ne va pas s’intéresser aux champs de précipitations mais plutôt aux températures près du sol et à l’humidité dans les très basses couches de l’atmosphère, indicatrices des risques de nuages bas ou de brouillard.

La vision à grande échelle permet donc de trier les données des modèles de prévision numérique et d’aller étudier directement les paramètres essentiels à la prévision. Le travail de comparaison des modèles conduit ensuite à établir « le scénario le plus probable » pour chaque échéance de prévision. Le but est de mettre au point une « histoire » de l’évolution du temps pour les prochains jours à travers une étude multimodèles.

Un exemple concret de ce travail de comparaison de modèles est étudié dans l’encadré « Comment on prévoit une tempête », page 116.

Brouillard sur la Meuse à Revin dans les Ardennes.

Figures 12. En haut, représentation de la circulation atmosphérique associée à un front froid, celui-ci apparaît en pointillés en limite de l’air chaud (flèches rouges) et de l’air froid (flèches bleues).

En bas, représentation de la circulation atmosphérique associée à un front chaud.

Pour différencier les deux systèmes, on voit par exemple qu’il peut pleuvoir loin à l’avant d’un front chaud alors que pour un front froid, les précipitations restent assez proches. Un prévisionniste doit avoir ces schémas en tête pour identifier facilement des types de temps à partir des données de prévision d’un modèle numérique.

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

Le panache de cendres qui s’échappe du volcan Eyjafjöll est visible sur cette vue satellite.

Navigation aérienne et éruptions volcaniques 14 avril 2010 : l’éruption d’un volcan islandais inconnu du grand public, l’Eyjafjöll, rejetant de la lave depuis trois semaines, devient explosive. D’importantes quantités de cendres atteignent 11 à 12 km d’altitude avant d’être transportées par les vents vers l’Europe continentale. Les cendres volcaniques risquant d’entraîner l’arrêt des réacteurs d’un avion, tout ou partie de l’espace aérien européen a été fermé et l’ensemble du trafic mondial fortement perturbé.

Problème majeur pour l’aéronautique, l’activité volcanique fait l’objet d’une surveillance coordonnée au niveau mondial (fig. 32). Neuf centres d’avis de cendres volcaniques (VAAC, Volcanic Ash Advisory Centers) dont celui de Météo-France à Toulouse, produisent des cartes de localisation des cendres. Les nuages de cendres font l’objet de messages de renseignement de phénomènes météorologiques significatifs (SIGMET, Significant Meteorological Information) qui indiquent aux avions la position et le déplacement du nuage.

Figure 32. La colorisation de cette image satellite permet d’apercevoir en rouge puis en orange le panache de cendres volcaniques venant d’Islande.

Les vents d’altitude viennent du nord et dirigent les cendres en direction du proche Atlantique.

Les quantités les plus importantes semblent se concentrer au large de l’Irlande. Les volcans en activité sont surveillés par satellite 24 heures sur 24.

La prévision marine Les activités maritimes sont également un secteur fortement dépendant de la météorologie. Aucun bateau ne prend la mer sans avoir pris connaissance des prévisions météorologiques sur sa zone de navigation.

L’état de la mer et le vent sont les deux paramètres principaux à prévoir. Compte tenu de la précision attendue, qui doit être la plus fine possible, l’échéance se situe autour de 24 heures en général, 48 heures tout au plus, et les bateaux sont équipés de récepteurs leur permettant de récupérer régulièrement l’information météorologique, soit par radio, soit par satellite.

Comme dans le domaine aéronautique, la France a des responsabilités internationales en prévision marine pour les zones METAREA II (au large des côtes de la France, de l’Espagne, du Portugal et d’Afrique

À CHACUN SA PRÉVISION

À gauche. À la convergence des brises de mer et de terre, formation d’un rouleau nuageux sur un stratocumulus.

Ci-dessous figure 33. Zones des bulletins « large » couvertes par Météo-France. Pour chacune d’elles, une prévision du temps, du vent et de l’état de la mer est effectuée.

En bas. Représentation d’une trombe marine par Benjamin Franklin (1706-1790).

jusqu’au golfe de Guinée) et METAREA III (partie ouest de la Méditerranée). De plus, pour ses propres besoins (pêche, marine marchande, navigation de plaisance), la France effectue des prévisions en Manche, en Mer du Nord et jusque sur les zones irlandaises et écossaises de l’Atlantique nord. Cela correspond aux zones du célèbre bulletin de météo marine toujours diffusé sur France Inter grandes ondes et France Info ondes moyennes (fig. 33). Les zones maritimes des DOM-TOM sont également couvertes par les bulletins de Météo-France.

Le vent en mer et sur les côtes Pour décrire le vent, la marine utilise un code et un vocabulaire particuliers. La force est indiquée par l’échelle Beaufort (cf. p. 38) qui évite d’induire les utilisateurs en erreur face aux différentes unités habituellement utilisées pour décrire la force du vent (km/h, nœuds). Lorsque le vent change de direction dans le sens des aiguilles d’une montre on dit qu’il vire, dans le cas contraire, qu’il tourne ; lorsque le vent faiblit, on dit qu’il mollit et lorsqu’il se renforce, qu’il fraîchit.

Sur les plages, lorsque le vent souffle de la terre assez fort, il déclenche une sorte de « tapis roulant » par lequel les eaux de surface, chauffées par le soleil, sont repoussées vers le large et remplacées par les eaux des

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

crédits photographiques © Météo-France : première de couverture, quatrième de couverture, 12 (g), 26, 27 (bd), 29 (bd), 30, 31, 37, 40, 46 (b), 49, 50, 52, 53, 55 (h), 57, 62, 68, 69, 73, 74-75, 76, 77 (b), 78 (g), 80 (g), 82 (m), 83 (hd3), 83 (bg), 92, 93, 94, 97 (d), 98 (h) 99, 105 (b), 110, 115, 116 (h), 118, 119, 124, 125 (b), 126 (b), 128 (g), 130, 131, 132-133, 135, 141, 142, 144, 145 (hd), 152 (h), 158, 159 ; Ludovic Hirlimann : première garde, 125 (h) ; Laura Jelenkovich – Fotolia : 4 ; Museo Prenestino Palestrina : 5 ; Jackie Proven : 6 ; Kamaljith K V : 7 ; Libray of Congress : 8 (h), 19 (d), 34 (b), 43, 63, 88 (d), 100, 103 (b), 114 (g), 114 (d), 127 ; DR : 8 (b), 48 (b), 64 (b), 98 (b), 160 (g) ; James Robertson (collection MB-E) : 9 ; Tyler Sichelski : 10-11 ; © Rouchy Nathalie – Météo-France : 12 (d) ; National Oceanic & Atmospheric Adminstration (NOAA) : 13, 27 (m), 42, 46 (h), 51 (b), 87, 104, 145 (bd) ; Metropolitan Museum of Art : 14-15 ; Trinity College Library : 16 ; Greenland Travel – Mads Pihl : 17 (h) ; Kunsthistorisches Museum : 17 (b) ; Matthias Fluegge : 18 ; Bunwell Heritage Group : 19 (m) ; Alexander Ogilvie : 20 (h) ; © Page Christian – Météo-France : 20 (m) ; Nic McPhee : 20 (b) ; © Taburet Pascal – Météo-France : 21, 25 (hd), 25 (bg), 41 (d), 54 (h), 54 (b), 55 (b), 77 (h), 79 (g), 82 (b), 83 (hg), 83 (hd1), 83 (hd2), 83 (bd), 105 (h) ; Denis Egan : 22 ; Biblioteca Estense : 23 ; Princeton University Library : 24 ; 41 (g) ; © Frayssinet Philippe – Météo-France : 25 (hg) ; © Perin Frédéric – Météo-France : 25 (bd), 65 (h) ; Archives of the American Meteorological Society. Blue Hill Observatory Photograph Collection : 27 (h), 34 (h), 79 (d) ; Boston Public Library : 28 ; Roberto Verzo : 29 (h) ; Cambridge Bay Weather : 29 (bg) ; Library of Congress – Carol M. Highsmith : 32-33 ; Acabashi : 35 (h) ; Science & Society Picture Library : 35 (b) ; Hambourg Kunsthalle : 36 ; Uppsala University Library : 38 ; Marquette, Michigan Weather Service Forecast Office – Mark Stacey : 44-45 ; Los Angeles County Museum Art : 47 ; Mbzt : 48 (h) ; Sonnenborgh Museum : 51 (h) ; World Meteorological Organization (WMO) : 56, 58 (g), 78 (d), 108 ; Jinx! : 58 (d) ; NASA : 59, 60, 61, 70, 72 (hg), 72 (hd), 88 (g), 89, 90, 106-107, 122, 136 (h), 150-151 ; Archives municipales de Toulouse : 64 (49Fi0646), 66-67 (49Fi1084) ; ESA : 72 (b) ; © Hontarrède Michel – Météo-France : 80 (d) ; Michael McKechnie : 81 ; © Leroy Thierry – Météo-France : 82 (h) ; Jean-François Gornet : 84 ; © Pluviaud Frédéric – Météo-France : 85 ; Ben Rodriguez : 86 (h) ; RadarSean : 86 (b) ; © Ciais Christophe – Météo-France : 95, 113, 161 ; Vincent Desjardins : 96 ; © Destruel Jean-Marc – Météo-France : 97 (g) ; John Fowler : 102 (h) ; Mississippi National Guard – Andy Thaggard : 102 (b) ; NWS radar data : 103 (h) ; isamiga76 : 109 ; © Messager Philippe – Météo-France : 111 (hd) ; Graphies.thèque – Fotolia : 111 (b) ; Jonny Green : 112 ; Meteociel.net : 116 (b), 117 ; State Farm : 120121 ; Ed Schipul : 123 ; Renaud Camus : 126 (h) ; Alfred Brumm : 128 (m) ; Digo_Souza : 129 ; Christophe Cassou : 134, 136 (b) ; Ingrid Taylar : 137 ; NOAA – Delphine Digout : 138 (g) ; Circuito Fora do Eixo : 138 (d) ; Fourrure : 139 ; Steffi B. : 140 ; Colby Stopa : 143 ; Toddco13 : 145 (hg) ; JeanbaptisteM : 146 ; Falk Lademann : 147 ; John Nuttall : 148 ; Ben Salter : 149 ; Alberto Varela : 153 ; Simon Desmarais : 154 ; martin_vmorris : 155 ; Jake Archibald : 156 ; Alan Moore : 157 ; Jim Larrison : 160 (d) ; Yale Center for British Art, Paul Mellon Collection : 162-163 ; John Spade : dernière garde.

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LES MÉTIERS DE LA MÉTÉO

TABLE DES matières Introduction ...................................................................................................................................................................................... 5 Les premières observations météorologiques, les premières théories ................................................ 7 De l’Antiquité au Moyen Âge ........................................................................................................................................ 7 De mémoire d’homme, la météorologie populaire .................................................................................... 19 La naissance de la météorologie moderne ............................................................................................................ 23 L’invention des instruments de mesure ............................................................................................................... 24 Le thermomètre .................................................................................................................................................................... 24 Le baromètre .......................................................................................................................................................................... 26 L’anémomètre ........................................................................................................................................................................ 27 Le pluviomètre ..................................................................................................................................................................... 27 L’hygromètre .......................................................................................................................................................................... 29 L’exploration de l’atmosphère ..................................................................................................................................... 30 La classification des nuages ........................................................................................................................................... 34 La normalisation des mesures et des observations ...................................................................................... 37 Échanger, organiser ................................................................................................................................................................. 41 Les premières mises en réseaux des observations ......................................................................................... 41 Les précurseurs aux États-Unis ............................................................................................................................... 41 En France, l’œuvre fondatrice d’Urbain Le Verrier (1811-1877) ................................................. 47 Du Bureau central météorologique à Météo-France ................................................................................. 52 Météo-France ........................................................................................................................................................................ 54 Le rôle des organismes mondiaux aujourd’hui .............................................................................................. 57 L’Organisation météorologique internationale ............................................................................................. 57 L’Organisation météorologique mondiale ......................................................................................................... 58 La météorologie, un enjeu stratégique .................................................................................................................... 63 La Première Guerre mondiale ..................................................................................................................................... 64 La guerre de 39-45 .............................................................................................................................................................. 65 La convention internationale ENMOD ............................................................................................................ 68 L’observation météorologique aujourd’hui ......................................................................................................... 71 Les moyens contemporains ........................................................................................................................................... 71 Les satellites météorologiques ...................................................................................................................................... 71 Les radiosondages ............................................................................................................................................................... 77 Les bouées et capteurs embarqués des navires .................................................................................................. 77 Les capteurs embarqués dans les avions .............................................................................................................. 78 Les stations de surface, les radars, lidars et sodars ....................................................................................... 78 Les drones météorologiques ........................................................................................................................................... 79 Les observateurs du Réseau climatique d’État ............................................................................................... 80 La veille météorologique ................................................................................................................................................. 84 La surveillance des orages ............................................................................................................................................. 84 Les chasseurs d’orages, les chasseurs de tornade ............................................................................................... 86 La surveillance des cyclones tropicaux ................................................................................................................. 87

TABLE DES MATIÈRES

De l’observation à la prévision, la modélisation et la recherche ........................................................ 91 La modélisation avant l’ère numérique : la frontologie .......................................................................... 91 Les modèles de prévision numérique .................................................................................................................... 92 Différents types de modèles ......................................................................................................................................... 93 Un outil indispensable : les supercalculateurs ................................................................................................ 94 La modélisation, un travail de recherche constant ..................................................................................... 97 Du bon usage des modèles de prévision ............................................................................................................. 98 L’assimilation des données ........................................................................................................................................... 99 Les sorties de modèle ......................................................................................................................................................... 99 Les défauts des modèles ................................................................................................................................................... 99 La prévision météorologique ....................................................................................................................................... 101 La notion de prévisibilité ............................................................................................................................................ 101 La prévision à quelques heures d’échéance .................................................................................................... 104 La prévision à quelques jours d’échéance ....................................................................................................... 110 Une étape essentielle, le « calage » ......................................................................................................................... 110 À la recherche du meilleur scénario… ................................................................................................................ 111 Du scénario à la prévision ........................................................................................................................................ 114 La prévision à 10 jours, la prévision d’ensemble ....................................................................................... 123 La prévision d’ensemble .............................................................................................................................................. 123 À la recherche du meilleur scénario (encore)… ........................................................................................... 124 Prévoir le temps (toujours) ....................................................................................................................................... 125 La prévision mensuelle, les régimes de temps ............................................................................................. 131 Les régimes de temps ..................................................................................................................................................... 134 La prévision saisonnière, aux frontières du climat ................................................................................... 137 L’analyse de la situation ............................................................................................................................................. 138 La prévision ........................................................................................................................................................................ 139 À chacun sa prévision ......................................................................................................................................................... 141 La prévision aéronautique .......................................................................................................................................... 141 La prévision marine ......................................................................................................................................................... 145 Le vent en mer et sur les côtes ................................................................................................................................. 145 L’état de la mer et les phénomènes côtiers ........................................................................................................ 147 Météorologie marine et océanographie .............................................................................................................. 149 La prévision en montagne .......................................................................................................................................... 152 Le vent en montagne .................................................................................................................................................... 152 Neige et avalanches ........................................................................................................................................................ 153 La prévision pour les événements sportifs ...................................................................................................... 155 … D’autres utilisateurs ................................................................................................................................................. 156 La météorologie et le grand public ...................................................................................................................... 159 Petite histoire du bulletin météorologique ...................................................................................................... 159 La vigilance météorologique et l’information du public ...................................................................... 159 Les Français et la météo .............................................................................................................................................. 160 Bibliographie et sources ................................................................................................................................................... 165

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les métiers de

LA MÉTÉO histoire & patrimoine

Y aura-t-il assez de pluie pour faire germer les semences ? Fera-t-il beau l’été prochain ?

Le temps qu’il fait, le temps qu’il fera, est certainement une des préoccupations les plus anciennes de l’homme ; un intérêt universellement partagé au point qu’aujourd’hui, pour le public, la science et le phénomène se confondent en un seul mot : la Météo.

Observer et prévoir sont les deux actions fondamentales de la météorologie et derrière ces mots il y a une histoire, des métiers, des siècles d’observation. Il y a aussi des interprètes, les météorologues qui gardent à tout instant un œil sur les cartes et l’autre sur le ciel.

Les avancées technologiques et les progrès scientifiques permettent des prévisions d’une précision toujours plus grande, à des horizons temporels toujours plus lointains. C’est l’histoire de cette aventure chaque jour renouvelée que raconte ce livre.

En haut. Aquarelles d'observations météorologiques d'André Des Gaschons effectuées le 6 mai 1915 à La Chaussée-sur-Marne.

En couverture. Au Cap-Vert, les fines particules de sable arrachées du désert et transportées par le vent venu de l’est voyagent au-dessus de l’océan Atlantique.

Près des îles, les nuages matérialisent les tourbillons de Von Karman.

Joël COLLADO est météorologue à Météo-France ; il est la « voix » la plus connue de la météo sur les ondes de Radio France.

Jean-Christophe VINCENDON est météorologue à Météo-France ; il a présenté la météo sur Sud Radio au début des années 2000 et a publié « La Météo du Sud » (Loubatières, 2004).

ISBN 978-2-86266-706-5

35 € 9 782862 667065

www.loubatieres.fr

Au dessous. Carte de « spaghettis », prévision à J+4. Il s’agit d’une représentation de la forme du champ de pression pour les 51 prévisions différentes du Centre européen de prévision, chacune ayant une couleur et/ou un type de trait différent.

Les spaghettis évoquent tous une forme à peu près équivalente, l’écart entre les différentes prévisions n’est donc pas très important.