,
un ciel sanglant au lever est généralement un mauvais présage. Ce que
retranscrit une maxime déclinée en plusieurs variantes, dont l'une d'elle
proclame :
Comment a-t-on appris à prévoir le temps ?
Les temps anciens : le flair du capitaine !
Du premier jour où il
s'est aventuré loin du
rivage et jusqu'au mitan du second millénaire de notre ère, le marin n'a pu
s'en rapporter qu'à son coup d'oeil et son expérience pour tenter de deviner
l'évolution du ciel et de la mer. Les dictons forment une sorte d'héritage de
ce savoir-faire ancestral fondé tout entier sur le principe élémentaire qu'une
même cause entraîne un même effet - ce que les météorologues appellent les
méthodes heuristiques. Par exemple un ciel rouge au couchant laisse
généralement augurer que la journée suivante sera belle. A l'inverse,
un ciel sanglant au lever est généralement un mauvais présage. Ce que
retranscrit une maxime déclinée en plusieurs variantes, dont l'une d'elle
proclame :
Ciel rouge à la nuit,
le marin se réjouit
Ciel rouge au petit matin
Fais ta prière, marin !
Il existe des centaines de dictons de cette eau, plus ou moins fiables. Pour folkloriques qu'ils paraissent parfois, il faut se garder de les mépriser, car ils renferment et transmettent souvent des indications précieuses que la théorie moderne a pu confirmer (ainsi un ciel rouge au crépuscule dénote un air sec sur une longue distance côté Ouest, donc un très probable beau temps alors que le ciel cuivré du petit matin trahit la présence de nuages frontaux et donc une dégradation à brève échéance).
Un personnage étonnant, Gabriel Guilbert, auteur en 1909 d'une "Nouvelle méthode de prévision du temps" a porté à un niveau remarquable cet art de la prévision empirique par l'observation systématique d'un grand nombre d'épisodes de mauvais temps. Il a ainsi énoncé une vingtaine de règles, certes aujourd'hui dépassées, mais qui le mettaient, lui l'amateur qui ne disposait que d'observations locales, en position de surclasser régulièrement en fiabilité les professionnels de l'époque. Ces règles s'appuyaient sur une typologie sophistiquée des circulations nuageuses qui, combinées avec le vent et les variations de pression constatés, déterminaient des évolutions probables des conditions météorologiques. Il fut ainsi le seul à annoncer plusieurs tempêtes et coups de vent violents bien avant qu'ils ne commençassent à se manifester et aurait sans nul doute pu sauver des vies si son art avait été pris en considération plus tôt par les services officiels. Car il se heurta à la traditionnelle défiance du professionnel pour l'amateur, et quoique ayant remporté le Grand concours de prévision de Liège en 1905, ses propositions de collaboration restèrent lettres mortes pendant des années.
Par la suite toutefois, son apport fut reconnu, lui-même fut associé à la mise au point de nouvelles méthodes (voir infra) et certaines de ses règles furent reprises et enseignées aux futurs météorologues, avant de tomber définitivement en désuétude avec la montée en puissance des modèles numériques.
Il n'en demeure pas moins que l'exemple de Guilbert montre que l'observation individuelle, outil primitif, n'est pour autant pas négligeable, dès lors qu'elle repose sur une analyse systématique des paramètres sensibles. Mais outre qu'elle exige pour être poussée à un tel degré à la fois un certain talent et une longue pratique, elle présente l'inconvénient de n'autoriser que des prédictions limitées dans le temps et l'espace et assez peu précises quant à l'intensité des phénomènes.
Une première étape essentielle : mesurer
Avant même de songer à prévoir, il faut pouvoir mesurer. En effet, une part importante du travail des météorologues consiste à quantifier ce qu'ils observent, autrement dit à décrire par des chiffres précis une situation climatique à un moment donné. Ce n'est que sur cette base qu'ils pourront estimer ce que cette situation deviendra dans une heure, un jour ou une semaine. Situation qu'ils vont décrire d'ailleurs en des termes parfaitement calibrés, ce que le grand public ignore souvent. Ainsi, un vent de 20 kmh signifie en réalité "le vent moyen mesuré à 10m sur 10s, les rafales pouvant atteindre 40% au dessus de cette vitesse".
L'observation météorologique se résume à quelques paramètres bien connus de tous : le vent (direction et force), la température, l'humidité (qu'on appelle plus savamment hygrométrie), la nébulosité (les nuages donc, auxquels on peut rattacher les précipitations et le brouillard), et enfin la pression qui est certainement la grandeur la moins intuitive parce qu'inaccessible à nos pauvres sens. Pour mesurer toutes ces grandeurs, il a fallu mettre au point les instruments ad hoc, constituer les connaissances physiques pour les utiliser correctement, et définir les unités de mesure qui permettent des comparaisons. Dans ce domaine scientifique comme dans bien d'autres, bien qu'un traité chinois du 6ème siècle avant JC ou les "Météorologiques" d'Aristote (340 av JC) témoignent d'une volonté très ancienne de percer les secrets qui régissent les humeurs du ciel, c'est à partir de la Renaissance que la science s'empare réellement du sujet.
Ces grandeurs gouvernent une partie de notre
existence, on peut donc s'attendre à ce que les savants s'y soient intéressés
très tôt. De fait, dès 1597 Galilée
invente le thermoscope
(photo ci-contre) qui mesure les variations de température en jouant sur la flottabilité d'ampoules scellées
plongées dans un liquide. Lorsque le liquide chauffe, sa densité diminue par
dilatation et certaines petites ampoules dont la densité excède cette nouvelle
valeur vont couler, donnant une indication de température.... et inversement
quand le liquide refroidit. Quoique le thermoscope fut limité à la mesure de
petits écarts, il exploitait donc déjà la dilatation comme principe de
fonctionnement.
En 1654, le grand Duc de
Toscane, Ferdinand II de Médicis, mécène des sciences et assez féru lui-même,
perfectionne un modèle confectionné par un autre ami de Galilée, Santorio de
Padoue, et crée le véritable premier thermomètre à alcool. En 1717 Gabriel
Fahrenheit remplace l'alcool par du mercure et en 1742 André Celsius invente
l'échelle qui porte son nom et qui est internationalement adoptée de nos jours
en météorologie.
La mesure du vent fut l'oeuvre du grand mathématicien et astronome anglais Robert Hook qui invente l'anémomètre à palette en 1664, sur une idée émise dès 1450 par un architecte et peintre Florentin, Leone Alberti. Divers modèles sont réalisés par la suite, dont, en 1846, l'anémomètre à coupelles par l'astronome anglais Robinson , qui est de loin le plus répandu de nos jours (à droite).
Son compatriote, l'amiral Francis Beaufort, avait en 1805, imaginé l'échelle de forces de vent qui porte son nom : dans sa version originale, chaque gradation correspondait à la voilure que pouvait porter une frégate de guerre (Beaufort était à l'époque capitaine du HMS Woolwich) ! Ainsi, quand le navire était sous grands et petits huniers (bonnettes, perroquets et cacatois cargués, donc), on était à force 6 (forte brise) et la force 12, la plus élevée, correspondait à la force du vent obligeant à partir en fuite, à sec de toile. Cela permettait de simplifier et normaliser les descriptions données par son journal de bord. La version que nous connaissons a été évidemment revue pour un usage plus large, et en 1874, est adoptée par l'Organisation Météorologique Internationale (voir infra) pour les observations au large.
Quant aux nuages, aux merveilleux nuages, dont Aristote se demandait comment ils pouvaient ne pas tomber, leur nature resta longtemps mystérieuse et controversée jusqu'aux découvertes de Pascal sur la pression qui ouvraient la voie à l'hydrostatique (étude des fluides immobiles, qu'on nommait à cette époque équilibre des liqueurs). Cette discpline dont Archimède, avec son fameux principe, fut le lointain précurseur, démontre aisément que le poids des minuscules gouttelettes d'eau qui composent un nuage est compensé par une force de pression orientée vers le haut. Aristote peut reposer en paix ! En 1802, un pharmacien britannique versé en météorologie, Luke Howard, propose une classification des nuages selon leur forme et leur altitude qui est encore celle que nous utilisons, avec la distinction entre les nuages de l'étage supérieur, les cirrus (boucle de cheveux en latin), les nuages en couches, les stratus et les nuages en chou-fleur, les cumulus (amas en latin).
L'humidité (ou degré d'hygrométrie) caractérise la proportion d'eau dans l'air. C'est une notion nettement plus délicate à appréhender, car la vapeur d'eau est invisible et ne se matérialise à nos yeux que par condensation, c'est-à-dire conversion en très fines gouttelettes (la buée des jours d'hiver). Contrairement à ce que l'on pourrait croire, il ne s'agit pas simplement de savoir s'il faut sortir son parapluie ou craindre une crise de rhumatismes. Température et humidité de l'air sont indissociables, comme nous le verrons, et il serait impossible d'interpréter la mesure de l'un sans la mesure de l'autre.
Au XVème siècle, on utilise la laine ou l’éponge
qui lorsqu’elles absorbent de la vapeur d’eau, changent de masse, de forme, de
longueur ou de couleu
r. En 1623, Santorio de Padoue (encore lui) décrit
plusieurs hygromètres utilisant notamment une boule de plomb et une corde :
plus l’air est humide, plus la corde se raccourcit, provoquant ainsi la montée
de la boule dont le déplacement est suivi par une échelle graduée. Robert Hooke
préfère exploiter le mouvement de la barbe d'avoine selon l'humidité de l'air !
Mais c'est Horace Bénédict de Saussure (également connu comme l'un des
pionniers de l'alpinisme) qui met au point en 1781 le premier hygromètre à
cheveu de l’histoire (à gauche). L’aiguille, reliée au cheveu enroulé sur un cylindre, se
déplace devant un cadran gradué. Saussure recommande de prélever les cheveux
sur la tête d'un individu en bonne santé et de préférence blond !
Ce type d'hygromètre est nettement plus précis que ses prédécesseurs, bon marché et sera utilisé jusqu'au XXème siècle. Les travaux du Français Gay Lussac au début du XIXème siècle permettent de mieux faire le lien entre l'allongement du cheveu et l'humidité de l'air, qui évoluent dans des proportions différentes. Enfin, en 1826 Ferdinand Auguste invente le psychromètre (sur un principe décrit dès 1777 par William Cullen), qui déduit le niveau d'hygrométrie de la différence entre un thermomètre "sec", c'est-à-dire simplement laissé à l'air libre et un thermomètre "mouillé" entouré d'une mousseline imbibée d'eau (mousseline qui se refroidit par évaporation et ce d'autant plus que l'air est sec). Ce terme de "température du thermomètre mouillé" est toujours utilisé dans les manuels de météorologie (on y reviendra dans la section consacrée aux principes de prévision) et l'instrument d'August a longtemps été présent dans les abris de Météo-France. Il y est remplacé de nos jours par une version électronique qui exploite des condensateurs à diélectriques hydrophyles dont la capacité varie avec l'humidité.
Comme nous le verrons plus loin, la pression est
peut-être la grandeur la plus centrale en météorologie. Mais c'est aussi la
moins intuitive, la moins immédiatement accessible à nos sens. Le plus
étonnant, c'est que l'instrument qui sert à la mesurer fut inventé avant même
que son existence fut réellement connue et qu'il contribua puissamment à la
mettre en évidence. Cet évènement marqua donc un pas doublement décisif dans la
longue marche vers la science météorologiqu
e.
En 1644, Evangelista Toricelli, un brillant mathématicien et physicien, ancien secrétaire de Galilée et protégé de Ferdinand II de Médicis comme lui, tente de résoudre une énigme posée par les fontainiers du duc de Toscane qui défie les meilleurs savants du temps. En mettant au point des pompes à eau, Galilée avait constaté qu'il n'arrivait pas à faire monter le niveau de l'eau au delà de 10, 3m de hauteur... sans pouvoir l'expliquer. Toricelli a l'idée de recourir au mercure beaucoup plus dense que l'eau, ce qui lui permet de procéder à des expériences à échelle réduite. Il remplit un tube à ras bord, le bouche avec le doigt et le retourne en le plongeant dans un bassine également remplie de "vif-argent". Le haut du tube se vide, le niveau du métal oscille puis se stabilise... à une hauteur devenue depuis familière à tous les marins et aviateurs, 760 mm. Il venait de réaliser le premier baromètre (à droite).
Quatre années plus tard, Blaise Pascal allait compléter le puzzle en faisant l'hypothèse que l'air ayant un poids (notion très discutée à l'époque et soutenue notamment par Descartes), il "pèse" sur le bain de mercure, faisant ainsi monter le niveau dans le tube. Pour le démontrer, il fait transporter par son beau-frère Florin Périer un tube de Torricelli en haut du Puy de Dôme où, la colonne d'air au dessus étant moins grande, le poids exercé sur le bain devrait être logiquement inférieur. Et, en effet, la hauteur relevée dans le tube est moindre qu'à Clermont-Ferrand... Il nomme "pression" la force exercée sur le bain de mercure et note qu'elle s'exerce dans toutes les directions. En hommage à cette découverte, l'unité internationale de pression est aujourd'hui le Pascal (Pa).
D'autres expériences, souvent spectaculaires, allaient mettre en évidence la puissance de cette force invisible, comme en 1656 où 8 chevaux ne parvinrent pas à séparer deux plaques de métal assemblées l'une sur l'autre avec de la graisse (pour faire le vide). C'est ce que nous appellerions aujourd'hui l'effet ventouse.
Toricelli ava
it d'emblée noté de légères
variations du niveau de mercure autour des 760 mm et assez rapidement, un lien
entre ces oscillations et les changements de temps sera établi. Par ailleurs,
l'instrument est perfectionné, notamment grâce à l'irlandais Robert Boyle qui
imagine un modèle à siphon avec un tube replié vers le haut pour le rendre
transportable (et lui donne au passage son nom de ... baromètre) et l'anglais
Robert Hook qui conçoit en 1663 un modèle à cadran (moins précis, mais plus
pratique). Les grands bâtiments militaires et commerciaux sont équipés à partir
du XVIIIème siècle d'un modèle "marinisé". En 1843, l'invention du modèle
anéroïde (à gauche) par le Français Lucien Vidi marque une autre étape importante : les
usages courants n'exigeant pas une précision scientifique peuvent désormais
s'affranchir du mercure, dangereux (il s'agit, rappelons le, d'un puissant
neuro-toxique) et sensible aux mouvements. Le baromètre devient ainsi plus
facile à embarquer, et se généralise progressivement sur les petites unités au
début du XXème siècle.
La naissance des services météorologiques
Le Siècle des Lumières est aussi celui de l'essor prodigieux du commerce maritime. En moins de 150 ans, on est passé d'expéditions hasardeuses aux liaisons presque régulières. Les tout jeunes Etats-Unis sont à la fois le symbole et un des acteurs majeurs d'une industrialisation de plus en plus poussée du transport maritime sur lequel l'Angleterre a, depuis la guerre de Sept Ans (1756-1763), acquis une nette suprématie. Les navires se font plus grands, plus rapides, plus sûrs, les exigences de fiabilité et de ponctualité de la part des armateurs et des commerçants s'accroissent en proportion et les innovations se multiplient. En 1761, après trente ans d'efforts acharnés et trois prototypes toujours plus ingénieux, un génie anglais de l'horlogerie, John Harrison, met au point son modèle H4, un chronomètre suffisamment précis pour autoriser enfin un calcul fiable de la longitude en mer. Des catastrophes comme l'échouement dans la brume de la flotte de l'amiral Shovell sur les récifs acérés des îles Scilly en 1707 (2 000 morts) en raison d'une estime défaillante seront désormais évitées. En 1806, Napoléon crée le Services de Phares et Balises pour promouvoir un ambitieux programme de signalisation en mer (voir section sur les phares). De nouveaux repères apparaissent ainsi, qui, combinés avec les progrès des relevés hydrographiques et donc des cartes marines, évitent bien des erreurs fatales aux navires peu familiers des côtes sur lesquelles ils atterrissent.
Restent les colères du ciel (ou ses calmes
prolongés, à peine moins redoutables), contre lesquelles le coup d'oeil du
capitaine et les indications du précieux baromètre, quand il y en a un à bord,
sont depuis toujours les seules ressources.
Des drames en
soulignent
régulièrement la fragilité, tel c
elui de la Sémillante, navire
transporteur de troupes pour la Crimée (à gauche) qui, pris dans une furieuse bourrasque
en février 1855, s'empale à 12 noeuds sur une roche des Iles Lavezzi entraînant
en quelques minutes 700 hommes dans la mort (à droite, photo du cimetière où
furent ensevelis les victimes sur le lieu même du naufrage). Mais c'est une autre tempête
survenue au mois de novembre précédent et qui s'est abattue sans préavis sur la
flotte réunie en Mer Noire pour faire le siège de Sébastopol qui sert de
déclencheur. Sur les conseils du Maréchal Vaillant, Ministre de la Guerre et
membre de l'Académie des Sciences, Napoléon III, atterré par cette défaite
contre les éléments qui lui coute autant qu'une bataille (41 navires coulés ou
détruits dont 3 bâtiments de guerre, 400 marins disparus), fait appel à Urbain
le Verrier, astronome aussi fameux pour ses découvertes - notamment Neptune -
que pour son caractère irascible et présentement directeur
de l'Observatoire de Paris. Sa question est simple : comment prévenir de tels
désastres ? Le Verrier se met au travail, et grâce à ses
correspondants astronomes dans tous les pays d'Europe, reconstitue précisément
l'étendue et la trajectoire de la tempête depuis son arrivée sur les côtes
jusqu'à la Mer Noire. Il démontre ainsi qu'un réseau rassemblant plusieurs
observatoires situés à divers points stratégiques (et reliés grâce au
télégraphe inventé 20 ans plus tôt par Samuel Morse) aurait été en mesure
d'alerter avec plusieurs heures d'avance la flotte de la mer Noire. Il propose
la création d'un service chargé de collecter et exploiter les informations d'un
tel réseau, projet immédiatement approuvé par l'Empereur (la nouvelle du
naufrage de la Sémillante tombe presque au même moment).
Grâce à ce nouveau service - baptisé plus tard Bureau Central de Météorologie -, Urbain Le Verrier va publier dans les jours suivants une première carte météorologique d'ensemble et bientôt un bulletin régulier. L'ancêtre de notre Météo-France était né. Américains et Anglais, font de même à peu près au même moment. L'amiral Fitzroy institue dans les ports anglais un système d'alerte à base de cônes, toujours officiellement en vigueur et publie un bulletin dans le Times dès 1860. Enfin, fruit d'un effort de rapprochement dans un domaine qui concerne toutes les nations, l'Organisation Météorologique Internationale, qui fédère les services nationaux, est fondée en 1873.
Urbain le Verrier, fondateur du premier
service météorologique français
Les premières méthodes de prévision
Lorsque les premiers services météorologiques
voient le jour, dans les années 1850, les techniques de prévision d'ensemble
sont encore largement à inventer. Dans un premier temps, l'id
ée directrice
consiste surtout à extrapoler l'observation d'une journée sur la journée
suivante en s'appuyant sur quelques règles empiriques simples de déplacement
des perturbations. En Atlantique Nord par exemple, les phénomènes suivent une
trajectoire globalement d'Ouest en Est, selon deux ou trois types de
circulation principaux. En voyant arriver une dépression à Valentia en Irlande
le 2, on peut inférer raisonnablement que le 3 elle affectera les côtes
anglaises et françaises. En déplaçant ainsi sur une carte d'ensemble ce qu'on
appelle les "centres d'action", c'est-à-dire les phénomènes météorologiques
principaux (dépression, anticylone, front, ...), on est en mesure de calculer
les vents attendus sur chaque zone (on utilise pour ce faire ce qu'on nomme
l'approximation géostrophique, qui permet de déduire simplement la vitesse de
l'air de la différence de pression entre deux points de la carte) et,
grossièrement au moins, la nébulosité, les précipitations, le risque d'orage,
etc... (à gauche, une des premières cartes météorologiques française, datée du 20 février 1865).
Quoique sommaire, un tel mode de prévision constitue déjà un progrès certain et évite aux navires de se jeter dans la gueule du loup lorsqu'un méchant coup de tabac est repéré plus à l'Ouest. Mais qu'une dépression se présente directement sur les côtes française, trop au Sud pour avoir été détectée par les observatoires Irlandais et Anglais et elle prend de suprise les services météo - ce sera par exemple le cas de la tempête cataclysmique de décembre 1896 qui manqua engloutir l'Ile de Sein avec tous ses habitants. De même, une perturbation encore bégnine en Irlande peut brutalement s'aggraver en parvenant sur la Manche ou le Finistère : la fameuse tempête qui décima la flotte du Fastnet en août 1979 en fournit une tragique illustration. Les mailles du filet restent donc bien larges et on comprend que Guilbert à la même époque, avec des moyens infiniment plus limités mais une observation extrêmement attentive et rigoureuse, ait réussi à égaler une telle performance et même à la dépasser bien souvent.
Pourtant, le corpus théorique
est loin d'être
inexistant. Dès le XVIème siècle Edmund Halley décrit les alizés, ces vents
constants qui poussent confortablement les navires sur l'Océan au point que les
Anglais, toujours pragmatiques, les nomment les "trade winds" (vents
commerciaux) ! Il a l'un des premiers l'intuition que la circulation
atmosphérique est liée au réchauffement solaire. Son presque homonyme Georges
Hadley prolonge cette réflexion et modélise des échanges dans les basses et les
hautes couches de l'atmosphère au sein de vastes cellules auxquelles son nom
reste aujourd'hui associé. Au XIXème siècle, Ferrel et Buys-Ballot amélioreront
ces descriptions (à droite, vue générale des cellules d'Hadley et Ferrel). Sur un plan mathématique, les travaux de Newton, Laplace,
Poisson, Euler, Navier et Stocke, Coriolis et bien d'autres posent les
équations fondamentales de la mécanique et de la thermodynamique applicables à
la météorologie.
Cependant, les moyens d'observation encore très lacunaires et la faiblesse des capacités de calcul (on en est resté sur ce point au boulier de Pascal) freinent la progression dans la compréhension des phénomènes de grande échelle et la mise au point de véritables modèles atmosphériques. A la veille de la grande déflagration de 1914, les recherches du Bureau Central de Météorologie sur ce thème sont d'ailleurs à peu près au point mort.
La guerre, dans ce domaine comme dans bien d'autres, va jouer un rôle de catalyseur - petite compensation à tous les malheurs qu'elle provoquait par ailleurs. La météorologie s'est souvent invitée dans les conflits et parfois fait pencher la balance. Que l'on se souvienne par exemple de l'Invincible Armada que Philippe II destinait à l'invasion de l'Angleterre et défaite par les éléments bien davantage que par l'ennemi ou de l'orage qui, le 17 juin 1815 a transformé le futur champ de bataille de Waterloo en un véritable bourbier. Plus près de nous, les conditions exécrables d'avril 1917 expliquent en partie le désastre du chemin des Dames et celles du début juin 1944 ont singulièrement compliqué le débarquement en Normandie. Prévoir le temps est donc un enjeu pris très au sérieux par les états-majors de la Grande Guerre.
En France, le Bureau Central de Météorologie s'avère incapable de satisfaire les besoins d'information militaires. Après plusieurs tentatives, le Service Météorologique des Armées est créé en 1916 et confié à un jeune ingénieur, Philippe Schereschewsky. En moins de deux ans, il met sur pied un service opérationnel, assuré par une équipe scientifique et 2.000 soldats, bien formés, bien équipés, répartis sur l'ensemble des territoires où ils étaient nécessaires, y compris le Moyen Orient et l'Afrique. Il multiplie les ballons sonde, indispensables pour étudier l'atmosphère dans toute son épaisseur - on savait dès cette époque que les phénomènes de haute altitude jouent un rôle déterminant dans l'évolution des conditions à la surface terrestre. Enfin, et surtout, faisant fi des préventions du BCM, il recrute Guilbert et, combinant les apports de ce dernier avec une approche plus quantitative (dite de variation des noyaux de pression), élabore la méthode de prévision qui, avec quelques perfectionnements, sera appliquée par les services météorologiques Français jusqu'au début des années 1970.
En 1917, un géophysicien et mathématicien norvégien, Vilhelm Bjerknes, fonde un institut de géophysique à Bergen et rassemble un groupe de travail en météorologie promis à un brillant avenir. Ses membres commencent par reformuler (et autant que possible simplifier en posant certaines hypothèses) les équations fondamentales de mécanique des fluides et de thermodynamique pour les rendre directement applicables aux mouvements atmosphériques et établissent ainsi un ensemble, les équations primitives atmosphériques, qui est à la base de toute la prévision numérique actuelle (voir infra).
En s'appuyant sur ces équations, le groupe de Bergen va construire un modèle idéal de structure des dépressions (les phénomènes météo à l'origine des tempêtes) appelé à un grand avenir. L'idée centrale est que l'air chaud tropical remontant vers le Nord se heurte à l'air froid descendant du Pole. La limite entre ces deux zones, marquée logiquement par de fortes variations de température, est nommée "Front Polaire" et constitue une sorte de ligne est-ouest stationnaire. Régulièrement, sous l'effet de différents évènements perturbateurs (par exemple un relief qui dévie de l'air chaud vers le Nord), ce front se déforme, ondule, et les masses d'air chaud et masses d'air froids entament une sorte de rotation l'une autour de l'autre qui initie la dépression (schémas ci-dessous). Cette dernière comporte une partie chaude (flèches rouges) séparant deux parties froides (flèches bleues, la partie froide à droite n'est pas représentée) délimitant ainsi deux fronts, représentés par des traits en bleu et rouge dans le schéma (des fronts partout... on sort de la Guerre !). Les norvégiens décrivent ensuite un cycle de vie typique de la dépression avec une évacuation progressive de la masse d'air chaud, prise en tenaille, qui est d'un côté (côté gauche dans les schémas) poussée par l'air froid qui descend vers le Sud (bas des schémas) et de l'autre côté doit se soulèver (flèches ascendantes) au dessus de l'autre masse d'air froid, plus dense, ce qui entretient la basse pression au centre (point de rencontre des traits rouge et bleu). Quand tout l'air chaud a disparu, la dépression se dissipe (étape à droite). Ce modèle se révèlera fécond, et de nos jours la terminologie des bulletins ainsi que la représentation sur les cartes de surface reprend ces concepts de "secteur chaud, "secteur froid", "front chaud", etc... directement issues du modèle norvégien.
De gauche à droite, les différents stades de maturité (naissance, maturité, dissipation) d'une dépression dans le modèle norvégien
Est-ce à dire que tout est réglé ? Pas tout à fait. La description du cycle de vie d'une dépression est certes corroborée par l'observation (on retrouve en effet une masse d'air chaud entourée à droite et à gauche par de l'air froid, et peu à peu la masse d'air chaud, comme prise dans un étau, se réduit - on dit qu'il y a occlusion). En revanche, l'explication du Front Polaire qui serait à l'origine de la formation des dépressions (la "cyclogénèse") ne tient pas : tous les sondages effectués par la suite, notamment en altitude - les moyens dont disposaient les norvégiens en 1917 étaient encore trop sommaires pour le percevoir - montrent que la confrontation entre air chaud et air froid est beaucoup plus progressive. Sur un plan théorique, rien n'est résolu.
Il va donc falloir remettre l'ouvrage sur le métier...
Les temps modernes
Au cours des décennies suivantes, la partie
descriptive du modèle norvégien, c'est-à-dire la structure d'une dépression,
est perfectionnée avec en particulier une description fouillée des fronts. Dans
le même temps, initié notamment par des anciens de l'école norvégienne comme
Carl-Gustaf Rossby, un gros effort est porté sur la météorologie dynamique,
c'est-à-dire la discipline qui s'intéresse aux mécanismes fondamentaux qui
gouvernent les évolutions de l'atmosphère de la plus petite à la plus grande
échelle. Il s'agit de combler les lacunes théoriques du modèle de
Bergen. Toutefois, jusqu'à la fin des années 60, la prévision reste
essentiellement fondée sur des méthodes heuristiques, c'est-à-dire constituées
par repérage de situations type. Elles sont affinées progressivement au fur et
à mesure de l'extension des moyens d'observation, notamment en très haute
altitude, qui permettent de détecter de nouvelles corrélations entre un
phénomène et u
n autre. La découverte par les aviateurs de la seconde Guerre
Mondiale du courant-jet, puissant vent (jusqu'à 500 kmh !) qui souffle vers 10
kms d'altitiude (au sommet de la première couche de l'atmosphère, la
tropopause) est une étape particulièrement importante à cet égard. Le
courant-jet, jet stream pour les anglo-saxons (représentations ultra-simplifiées
à droite), joue un rôle central dans la génèse des dépressions des latitudes
tempérées - un peu comparable à celui du Front Polaire dans la théorie
norvégienne - et ses ondulations, ses variations de vitesse, la position et la
trajectoire des dépressions par rapport à lui sont autant d'indices de
l'apparition et du développement potentiellement dangereux de l'une d'entre
elles.
Mais la vraie révolution naît, à partir des années 50, de l'apparition d'ordinateurs puissants, grâce auxquels on va pouvoir tirer parti des connaissances acquises en météorologie dynamique. L'idée est de simuler le comportement de l'atmosphère en reprenant les équations primitives qui régissent les équilibres de l'air et en injectant les paramètres de vent, température, pression, humidité relevés en de très nombreux points (abris, ballons sonde, navires météo, navires de commerce, avions...). En comparant le résultat de ces simulations avec l'évolution réelle, on affine progressivement le modèle. Outre la rapide progression de la puissance des serveurs, les chercheurs disposent à partir des années 1960 d'un autre atout extraordinaire : les photos sattelitaires qui recèlent une mine d'informations sur la dynamique et la structure des masses d'air. Les prévisionnistes eux aussi profitent de l'aubaine, car ils peuvent confronter en continu leurs scénarii aux clichés et "recaler" les prévisions dès qu'une divergence apparaît, d'autant que les premiers signes des dépressions apparaissent souvent sur ces photos avant toute manifestation au sol.
Accessoirement, l'avènement des modèles numériques conduira le météorologue américain Edward Lorenz à donner une illustration spectaculaire à la théorie du chaos que le mathématicien Henri Poincaré avait ébauchée au début du XXème siècle. En 1963, il s'aperçut au hasard d'une saisie sur son ordinateur qu'une modification infime des paramètres (de l'ordre de 0,001%) conduisait à une modification radicale des prévisions proposées par le modèle à deux ou trois jours ! Il en déduisit la question devenue fameuse, « Le battement d'aile d'un papillon au Brésil peut-il déclencher une tornade au Texas? », ce qu'on nomme comunément "l'effet papillon". Cette extrême sensibilité des modèles aux conditions initiales (qui sont, en pratique, les observations de température, pression, etc.... effectuées juste auparavant) conduit les prévisionnistes actuels à effectuer plusieurs tests avec des variations très légères des paramètres et mesurer l'impact sur le résultat. Il leur est en effet difficile d'être certains que les observations sont exactes à 0,001% près ! Si les résultats du modèle restent globalement inchangés, la prévision est considérée comme fiable. C'est ainsi que les "indices de confiance" communiqués dans nos bulletins météo sont déterminés. Cette sensibilité constitue également le frein majeur à l'emploi de tels modèles pour de la prévision long terme puisque, plus on regarde loin, plus l'impact d'une variation des paramètres initiaux est important.
A partir des années 1970, les méthodes heuristiques sont progressivement délaissées au profit des sorties de modèles numériques toujours plus sophistiqués qui résolvent par approximations et au prix de centaines de milliards d'opérations, les équations primitives en y ajoutant des éléménts de plus en plus fins sur l'influence des côtes, la nature des sols, les courants marins, la pollution, etc... Ces résultats sont expertisés par les prévisionnistes en utiisant les observations disponibles, notamment les clichés satellitaires... et leur expérience, car les modèles ont aussi leurs défauts que l'on déctecte à l'usage. Parallèlement, la moisson d'informations ne cesse de s'enrichir avec les transmissions automatisées, les ballons stratosphériques, les bouées météo, les radars satellites capables de mesurer le vent, les précipitations ou les vagues en tous points du globe (et qui ont permis par exemple de prouver l'existence des vagues géantes, les fameuses "rogue waves" qui peuvent atteindre 40 m de hauteur et engloutir un cargo), etc... Il est ainsi possible d'alimenter les ordinateurs avec un tableau de plus en plus exhaustif et de plus en plus récent de la situation climatique depuis les océans jusqu'au sommet de l'atmosphère terrestre. Comme il paraît loin le temps du Bureau Central de Météorologie et ses 24 stations d'observation !
Conséquence, la fiabilité s'améliore
continuement et l'échéance au delà de laquelle elle chute est repoussée
d'environ un jour par décade avec aujourd'hui une très bonne performance à 72
heures et des indications exploitables jusqu'à 10 jours.
La France se distingue par sa contribution, à la fois sur le plan fondamental (sous la houlette du CNRM, Centre National de Recherche en Météorologie) et pratique. Les lacunes laissées par l'école norvégienne quant au mécanismes de formation des dépressions sont désormais comblées. Des campagnes de mesures intensives comme Fastex à partir de 1997 ont observé à la loupe la formation sur l'Atlantique de ce que les météorologues nomment des "bombes", des véritables ouragans parfois aussi puissants que les cyclones tropicaux mais plus étendus et reposant sur une thermodynamique assez différente. Ces redoutables monstres se développent et se déplacent parfois si rapidement, qu'ils prenaient régulièrement de vitesse les services de prévision jusque dans les années 1980 - les Bretons se souviennent encore de la furie qui s'est abattue presque sans préavis sur leurs côtes la nuit du 15 octobre 1987 avec des pointes à 200 kmh mesurées à Belle-Ile ! Il a ainsi été possible de mieux comprendre ce qui les amenaient à se différencier des dépressions "normales" et améliorer en conséquence les outils de prévision. Ainsi les violentes tempêtes de 1999 (Lothar / Martin), de 2009 (Klaus, en pleine forme sur la photo à gauche à son arrivée sur la France) et 2010 (Xynthia) ont été annoncées correctement, même si leurs conséquences ravageuses n'ont pu être complètement évitées.
Les axes de travail portent aujourd'hui sur l'amélioration constante des modèles, en particulier à l'échelle locale (risque d'orages, de brumes, etc...). Il s'agit de la maille à la fois la plus importante (puisque c'est celle que nous percevons concrètement) et la plus délicate. Car une situation météorologique peut être très correctement anticipée à l'échelle dite synoptique (celle d'un continent, sachant qu'une dépression a une étendue de plusieurs milliers de kilomètres) et inexacte sur certaines portions du territoire, simplement parce que la perturbation s'est décalée d'une "petite" centaine de kilomètres par rapport à la trajectoire prévue. D'autre part, comme on l'a déjà souligné plus haut, la configuration du terrain, le relief, la nature des sols, la présence de pièces d'eau, et de nombreux autres facteurs influent sur les conditions à l'échelle locale. On mesure mieux pourquoi, faute de vue d'ensemble, nous avons parfois l'impression que "la météo dit n'importe quoi". Pour progresser encore sur ce volet, Météo-France a ainsi mis récemment en place le modèle Arome qui intègre de très nombreux paramètres de terrain et donne des résultats à l'échelle du kilomètre carré ! De nouveaux outils d'alerte sont également mis à disposition du public (forte houle, chaleur, etc...). Enfin, les premières prévisions saisonnières, certes encore largement perfectibles, ont fait leur apparition, présageant une nouvelle avancée majeure dans la maîtrise du climat.
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