Les prévisions météorologiques de nos jours en France
Il s'agit en fait d'un TPE ( Travaux Personnels Encadrés ) réalisé par Henri Lanarès et Sylvain Aïrouche ( enlever les tiraits anti spam de part et d'autre de @ ) que j'ai aidé dans la rédaction ( vérification des informations, formulation de certaines phrases ) .
Nous avons tous vu des cartes météo à la télévision, sur les journaux, sur internet ou ailleurs ; cartes remplies de dizaines de symboles, de dizaines de nombres qui nous informent sur le temps qu'il va faire le lendemain ou les jours suivants. En les voyant, nous pouvons nous demander d'où viennent ces cartes, comment elles ont été faites, à partir de quoi. En clair, nous voudrions connaître comment on effectue des prévisions météo. Nous allons vous l'expliquer à travers notre TPE. Nous verrons tout d'abord que les observations ont une importance capitale pour effectuer des prévisions. Ensuite, nous suivrons étape par étape, l'établissement d'une prévision météo et expliquerons enfin en détails la dernière étape : nous regarderons des cartes complexes dans lesquelles nous essaierons de trouver les informations qu'elles cachent et qui permettent d'établir les cartes que nous connaissons.
I) Les observations météorologiques
Pour effectuer des prévisions météos, il faut d'abord connaître les conditions météorologiques dans le plus d'endroits possibles. Il faut bien sûr connaître le temps qu'il fait sur terre mais il faut aussi savoir ce qui se passe en mer car c'est là que se prépare la plupart du mauvais temps qui va arriver sur nos têtes quelques jours après. En plus de cela, il faut connaître les conditions météorologiques en altitude car c'est ici où se trouve les nuages, c'est ici qu'ils se déplacent, se forment et se dissipent.
Nous allons voir les moyens mis en œuvre par l'OMM pour connaître mieux l'atmosphère à un instant donné.
1) Les observations au sol
En commençant par le plus évident, les abris météos mesurent différents paramètres dans chaque département en France. Certains appareils sont dans cet abri pour obtenir des résultats le plus juste possible. Ainsi, le baromètre, barographe, thermomètre minima-maxima, thermographe et hygromètre sont placés à l'abri du vent, des précipitations ou des rayons du soleil. Rappelons que le baromètre mesure la pression atmosphérique, ce qui correspond au poids de la colonne d'air par surface. Le suffixe graphe indique que les mesures sont représentées par écrit en fonction du temps. Pour obtenir d'encore meilleurs résultats, l'abri est bien ventilé et placé en hauteur. A côté de l'abri, on trouve le pluviomètre à lecture directe et celui où l'eau s'écoule et dont le cumul s'affiche sur l'ordinateur. A côté des pluviomètres, on voit l'héliographe, appareil qui mesure l'ensoleillement journalier. Il faut aller plus loin, vers l'aéroport, pour trouver la girouette et l'anémomètre, appareils mesurant respectivement la direction et la vitesse du vent.
2) Les bouées météorologiques
Pour repérer les phénomènes se déroulant en mer avant qu'ils n'arrivent sur la terre ferme, on trouve des bouées météos. Ces bouées, espacées de plusieurs centaines de kilomètres, accueillent des instruments météos à leur bord tels qu'un baromètre, un thermomètre placé dans un petit abri afin de mesurer la température de l'air, un hygromètre et un thermomètre pour mesurer la température de la mer. Les bouées peuvent aussi mesurer grâce à des capteurs, la houle et la période des vagues. Certaines, dites ancrées, accueillent à leur bord, une girouette et un anémomètre. Toutes ces données arrivent sur la terre ferme par liaison satellite.
3) Les radio-sondes
Quelques villes en France lâchent des ballons-sondes au moins deux fois
par jour à des heures précises. Ces ballons de plusieurs mètres de diamètre
gonflés à l'hélium sont de véritables petits postes météos. On y accroche des instruments météos tels qu'un hygromètre, un baromètre et un thermomètre qui vont alors monter avec le ballon dans l'atmosphère et mesurer ces trois paramètres tout au long de l'ascension du ballon. Dans le même temps, les données sont continuellement transmises au sol par radio.
Quand le ballon atteint l'altitude où la pression est de 100hPa, il éclate et le dispositif descend grâce à un petit parachute orange vif. Malheureusement, le matériel n'est pas récupéré et n'est donc pas réutilisé.
4 ) Les radars météorologiques
La grande majorité des radars météos ont pour objet la détection à distance des précipitations dans une zone de rayon 200 km, centrée sur le site où ils se trouvent, ainsi que la quantification de ces précipitations sur une zone de rayon moindre. Pour cela, une antenne parabolique émet en tournant un faisceau d’ondes électromagnétiques qui sont réfléchies dès qu'elles rencontrent des particules d'eau, ce qui donne un écho radar sur l'écran de l'ordinateur.
En France, les radars sont suffisants pour connaître l’endroit où il y a des précipitations à un instant donné. En juxtaposant les cartes l’une après l’autre, toutes les 15 minutes, nous arrivons à une animation radar. Nous voyons ainsi le déplacement des précipitations, leur intensification ou leur régression sur la France.
5 ) Les satellites météos
Les satellites météos nous sont très utiles. Leur première fonction est de photographier la Terre toutes les 15 minutes mais ils ont d’autres fonctions. En effet, ils arrivent à donner une approximation de la température de l'eau de mer, de la température et de l’humidité de l’air à différentes altitudes. En plus de cela, nous pouvons déterminer la vitesse du vent en altitude en comparant le déplacement des nuages entre deux images satellites. Sans les satellites, nous ne connaîtrions que 0,0000000001 % de l’atmosphère. Encore une fois, toutes ces infos arrivent à terre. Voici quelques chiffres qui montrent notamment le nombre important d’observations en France.
II ) Utilisation directe ou non de ces observations
1 ) Des relevés jusqu'au CDM
Tous ces relevés sont insérés au même moment dans un supercalculateur qui se trouve à Toulouse en France. Le supercalculateur Fujitsu actuel est en fait une grosse calculatrice qui effectue 300 milliards d’opérations par seconde.
A partir d’un état initial de l’atmosphère, il essaye de modéliser l’atmosphère à des instants postérieurs. Pour cela, l’atmosphère est découpé en « systèmes » dont les caractéristiques (pression, température, vent, humidité) censées influer sur le comportement de l’ensemble sont supposées homogènes. Le maillage actuel est de 14 km de côté sur la France, tout cela sur une trentaine de couches. A partir d’équations mathématiques et physiques, le supercalculateur peut calculer un état futur de l’atmosphère à différentes échéances. Ainsi, on obtient des cartes sur lesquelles figurent une multitude d’informations que les météorologues doivent traduire pour le grand public. L’ensemble de ces cartes est le résultat d’un modèle, celui de Météo France se nomme ARPEGE. Un modèle est en fait une version de l’état futur de l’atmosphère. Il existe plusieurs versions issues de supercalculateurs différents présents partout dans le monde. Un supercalculateur reçoit un certain nombre de données plus ou moins précises; données provenant d'un certain nombre de paramètres qui varient d'un supercalculateur à l’autre. Il y a donc une différence au niveau de la configuration des supercalculateurs. La France fait très souvent confiance à son modèle et établit ses prévisions à partir de lui mais elle n’oublie pas pour autant les modèles étrangers comme nous le verrons plus tard. Météo France Toulouse envoie ses cartes à ses sept Centres Régionaux en France qui eux mêmes s’occupent de donner des informations plus claires aux centres départementaux. Nous nous intéresserons au dernier maillon de la chaîne de prévisions, le CDM et plus particulièrement celui de Bergerac auquel nous avons rendu visite.
2 ) Les fonctions du météorologiste au CDM
Le rôle du CDM est de prévoir le temps sur son département.
Le centre régional associé avec le CDM de Bergerac est celui de Bordeaux. Bordeaux envoie chaque jour à Bergerac plusieurs feuilles.
- Pour ses prévisions à très court terme, de l’ordre de quelques heures tout au plus, intéressant seulement quelques personnes comme les aviateurs qui doivent voyager quand une accalmie se présente, notre météorologiste les informe grâce à plusieurs données. Il peut tout simplement s’aider de ses propres observations visuelles comme des observations de ses instruments. Mais ce qui l’aide par dessus tout, c’est l’animation satellite et radar à l’échelle régionale qui apparaît constamment sur son ordinateur. Ces deux paramètres lui sont indispensables. Si le temps est orageux, il peut aussi regarder un radar indiquant les impacts de foudre au sol des dernières heures.
- Pour les prévisions classiques, le CDM reçoit deux fois par jour au minimum, les prévisions à 7 jours détaillées mais abrégées voir codées qui concernent une grande partie du sud ouest. Le travail du météorologiste est alors d’appliquer ces prévisions générales à son département en tenant compte de l’altitude et du relief de son département par exemple.
Il reçoit aussi toutes les températures minimales et maximales pour Bergerac dans les 7 jours à venir. Il a la température pour Bergerac mais il doit déduire de cette température, la température à chaque endroit de son département.
C’est exactement pareil pour les prévisions de la direction et de force du vent. Avec ces éléments, il peut faire ses propres prévisions.
III ) Les modèles et leurs interprétations
Mais le météorologiste du CDM a son mot à dire dans tout ça. Lui aussi reçoit des cartes de différents modèles qu’il interprète lui même pour voir s’il est en accord avec Bordeaux. Si ce n’est pas le cas, il essaie le plus souvent de faire une prévision intermédiaire entre ce qu’il en pense et ce qu’en pense Bordeaux. Nous allons voir à différentes échéances, les modèles qu’utilisent notre CDM pour corriger ses prévisions.
1 ) Prévisions à court terme
Pour les prévisions à court terme, il se sert des cartes d’analyse qui proviennent du modèle ARPEGE. Ces cartes représentent l’état de l’atmosphère à un instant passé très proche, datant tout au plus de quelques heures. La première carte montre au météorologiste la situation météo en Europe au niveau de la mer.
Comme dans les bulletins météos à la télévision, nous voyons les centres d’action que sont les dépressions et les anticyclones bien visibles grâce aux isobares (lignes d’égale pression) ainsi que tous les fronts qu’ils soient chaud, froid ou occlus. Sont aussi notés de multiples informations qui proviennent des relevés de plusieurs points d’observations.
Sur la carte ci dessous, on analyse la situation en altitude en se référant à une pression constante (ici 500hPa et 700hPa).
On considère alors les hauteurs de géopotentiel, à savoir l’altitude à laquelle le niveau de pression donné est atteint. On trace alors des courbes de niveau reliant l’ensemble des points d’un secteur géographique présentant une même hauteur de géopotentiel. Les courbes tracées ne sont plus des isobares mais des isohypses. Sur les deux cartes, on voit aussi des lignes en pointillés, ce sont les isothermes, lignes qui rejoignent les points de même température. Ces températures sont mesurées à la même altitude, l’altitude moyenne où l’on rencontre le niveau de pression indiqué en bas : ici respectivement 5000 mètres et 3000 mètres. Même chose pour les lignes d’égale humidité que l’on verra au prochain paragraphe.
2 ) Prévisions à moyen terme
- Pour les prévisions à court-moyen terme, de un à trois jours, notre météorologiste utilise ARPEGE, on y trouve quatre cartes. Sur la première, on trouve la situation au niveau du sol avec les isobares et sur les trois autres, on voit la situation météo prévue à des niveaux de pressions différentes. Chacune de ces cartes comportent deux paramètres. En plus des isohypses présents sur ces trois cartes, on trouve des lignes d’égale humidité en % sur l’une d’elles ainsi que des isothermes sur les deux autres.
- Pour des prévisions à moyen-long terme, de plus de 3 jours, notre centre utilise le modèle CEP qui est le modèle européen. Ce modèle est en fait une moyenne des modèles de chaque pays de l’Europe. Comme chaque modèle diffère l’un à l’autre, il est indispensable à cette échéance de faire une moyenne pour estomper d’éventuels gros écarts de notre modèle français. Le modèle européen est un peu moins précis qu’ARPEGE et nous n’avons que trois cartes : celle du niveau de pression 700hPa n’est pas présente.
3 ) Prévisions à long terme
Les prévisions à 6 ou 7 jours sont très incertaines. L’échéance est très grande et les écarts entres les modèles peuvent être énormes. C’est pourquoi, le modèle CEP généralement utilisé pour cette échéance est très général et est qualifié de modèle d’ensemble.
Il nous montre sur une de ses cartes, de grandes étendues représentant les zones à risque de précipitations et sur les trois autres, les isohypses, isobares et isothermes.
L’indice de confiance représente la fiabilité d’une prévision. Plus l’échéance est grande, moins les prévisions sont fiables et plus l’indice de confiance baisse. Mais comment savons nous que la tendance est fiable ou non ? Tout simplement en la comparant avec des modèles étrangers. En effet, sur des prévisions à court terme, les prévisions de chaque modèle sont très similaires et divergent peu, on dira alors que l’indice de confiance est bon. Il faut savoir qu’une petite erreur au départ peut en entraîner de grosses dans les prévisions à long terme. C’est pourquoi, à cette échéance, les modèles divergent beaucoup et les indices de confiance sont bas. Pour donner un exemple, pour les prévisions à 6 ou 7 jours, l’indice de confiance varie de 2/5 à 4/5. 4/5 atteste d’une situation météo calme ou bien organisée prolongée alors que 2/5 témoigne d’une situation agitée ou désorganisée prolongée. Il arrive parfois que l’indice de confiance soit le même pour des prévisions à deux jours et à dix jours !
Conclusion :
Quand les météorologues ont décrypté tout ce que cache les cartes des différents modèles, une fois qu’ils les ont comparées l’un à l’autre, une fois qu’ils pensent avoir compris la situation météo dans les jours à venir, ils établissent les cartes simples que nous connaissons, à différentes échelles selon les centres. Et voilà comment à partir de plusieurs milliers d’informations qu’un supercalculateur ingèrent, nous arrivons à une carte, une seule, celle qui intéresse toute la population et qui parfois, est d’une grande importance en période délicate. Dans le futur, les progrès de la météo reposent sur une meilleure connaissance de l’atmosphère, c’est à dire sur des supercalculateurs dont la configuration est meilleure qu’actuellement et non sur un plus grand nombre d’observations comme nous pourrions le penser.