Météorologie, science qui étudie l`atmosphère terrestre

Météorologie, science qui étudie l'atmosphère terrestre. Elle a pour objet d'en
connaître les états pour comprendre les phénomènes qui s'y déroulent afin de décrire
le temps qu'il fait et de prédire le temps qu'il fera. La météorologie observe et étudie
les trente premiers kilomètres de l'atmosphère en contact avec la surface de la Terre :
la troposphère et la stratosphère inférieure.
Historique
La météorologie est une science très récente. Certes, les érudits de la Grèce antique
étaient très intéressés par l'atmosphère. Dès le IVe siècle av. J.-C., Aristote rédigeait
un traité intitulé Meteorologiae, traitant de «l'étude des éléments de l'air». Environ un
tiers de l'ouvrage est consacré aux phénomènes atmosphériques et c'est d'après cette
œuvre que le terme moderne de météorologie a été forgé; mais la météorologie a peu
progressé jusqu'à l'époque moderne.
Les premières observations scientifiques (au sol) eurent lieu à partir du milieu du
XVIIe siècle quand furent inventés les instruments de mesure indispensables : le
thermomètre de Galilée (1641), le pluviomètre de Castelli (1639), le baromètre de
Torricelli (1643), l'anémomètre et le premier hygromètre de Hooke (1667) en même
temps que progressait la connaissance des lois physiques des gaz et de la mécanique
des fluides. Au XVIIIe siècle, Hadley démontra l'effet de la rotation de la Terre sur la
direction des vents, Lavoisier découvrit la composition de l'air, le premier ballon
explora l'atmosphère jusqu'à 3 400 m d'altitude le 1er décembre 1783. C'est à la veille
du XXe siècle (1899) que trois ballons-sondes lancés depuis Trappes (aujourd'hui dans
les Yvelines) atteignirent 13 000 m et permirent d'identifier la stratosphère. Une
trentaine d'années plus tard, les ballons furent équipés d'un émetteur transmettant les
mesures (température, pression, humidité de l'air) au fur et à mesure de l'ascension de
la radiosonde. Depuis les années 1950, le perfectionnement des instruments de base
et l'invention de nouveaux moyens d'investigation (radar, avions, fusées, satellites
artificiels) ont permis d'acquérir une connaissance de plus en plus précise et étendue
des phénomènes atmosphériques.
Parallèlement à l'amélioration et à la multiplication des outils et des observations, base
de la météorologie descriptive ou analytique, des théories relatives à la mécanique et
à la thermodynamique de l'atmosphère se développèrent dès le premier tiers du
XXe siècle sous l'impulsion de météorologues norvégiens, dirigés par Vilhelm
Bjerknes. Elles sont à la base de la météorologie contemporaine, de l'explication de la
circulation atmosphérique générale à laquelle est attaché aussi le nom du Suédois
C.G. Rossby, qui découvrit le jet stream ou courant-jet subtropical, anneau de vent
très rapide qui circule autour de la Terre entre 5 000 et 6 000 m d'altitude. La
connaissance de la circulation atmosphérique générale est indispensable pour des
prévisions fiables du temps; celles-ci s'établissent aujourd'hui à l'aide des ordinateurs
les plus puissants du monde (méthode numérique), capables de résoudre en quelques
secondes des équations complexes qui schématisent le fonctionnement de
l'atmosphère (modélisation). Ces calculs intègrent plusieurs milliers de données
collectées chaque jour.
Le type de temps qu'il fait à un moment donné au-dessus d'un lieu (il pleut, il vente, le
ciel est dégagé, etc.) dépend à la fois des conditions météorologiques locales mais
aussi et surtout de celles qui règnent à des centaines, voire des milliers, de kilomètres
de là. La météorologie exige l'observation simultanée de l'état de la troposphère en un
très grand nombre de points de la planète, ainsi que la collecte et le regroupement des
données pour leur traitement et leur analyse. Le développement de cette science va
de pair avec l'essor des moyens de transmission, du télégraphe aux
télécommunications par satellites en passant par la radio et le téléphone. Dès 1854,
Le Verrier jeta les bases de la météorologie française, fondée sur un réseau de treize
stations, et il amorça un système d'échanges d'observations avec les pays européens.
En 1886, des messages météorologiques parvinrent d'Amérique du Nord; à ceux-ci
s'ajoutèrent les observations consignées dans les journaux de bord des navires. Tout
au long du XXe siècle, la coopération internationale s'organisa, stimulée par les
besoins et l'essor de l'aéronautique. En 1947 fut créée l'Organisation météorologique
mondiale (OMM), organisation spécialisée de l'ONU, chargée de définir un système
d'échanges, complet et rapide, des renseignements météorologiques entre tous les
États membres.
Les outils de la météorologie
Les observations les plus répandues s'effectuent dans des stations météorologiques.
L'équipement de base est l'abri météorologique installé dans un lieu dégagé. Placé à
2 m au-dessus du sol, il renferme des instruments de mesure homologués, protégés
des rayons solaires et de l'agitation du vent. Ce sont les thermomètres à minima et à
maxima, qui marquent la température la plus basse et la plus élevée de la journée; le
thermographe, qui enregistre les variations de la température au fil des heures, des
jours, des semaines; l'évaporomètre, qui mesure la hauteur d'eau évaporée;
l'hygromètre ou psychromètre qui, par la température de l'air sec et de l'air humide,
indique l'humidité de l'air, tandis que l'hygrographe enregistre les variations du taux
d'humidité; le barographe ou baromètre enregistreur signale les variations de la
pression. À proximité de l'abri météorologique se trouvent un pluviomètre et un
pluviographe qui mesurent les hauteurs d'eau précipitées, une girouette qui indique la
direction d'où vient le vent, un anémomètre qui en mesure la vitesse et un héliographe
qui enregistre la durée d'insolation quotidienne. La nébulosité, exprimée en octas ou
huitièmes de ciel couvert, doit être appréciée par l'observateur au moment des
relevés. Sur les océans, des navires météorologiques et des bouées équipées de
stations automatiques fournissent des mesures équivalentes à celles des abris à terre.
Il existe dans le monde 9 000 stations météorologiques terrestres et 5 000 sur les
océans, malheureusement inégalement réparties.
Les données dites de surface, car obtenues près du sol, sont complétées par les
radiosondages pour connaître la direction et la force du vent, la température et
l'humidité, sur une épaisseur de la basse atmosphère de 25 km. Le réseau mondial
comprend 1 500 stations, spécialisées dans le lancement des radiosondes, deux fois
par jour à 0 h et 12 h TU (temps universel). Certains de ces lancements ont lieu à
partir de navires.
On fait également appel à l'aviation pour obtenir des observations en haute altitude,
notamment quand des cyclones ou des typhons menacent des zones habitées. Ces
cyclones tropicaux dangereux sont suivis par des avions de reconnaissance
météorologique spécifiques, envoyés pour localiser le centre, ou œil, du cyclone et
pour prendre les mesures du vent, de la température, de la pression et de l'humidité
qui l'entourent.
Les progrès récents dans le domaine de l'électronique ont conduit à l'emploi
d'instruments météorologiques électroniques. Un de ces appareils, le radar, permet de
prévoir les ouragans, les tornades et autres tempêtes violentes à plusieurs centaines
de kilomètres de distance et de suivre leur trajectoire; le radioaltimètre mesure la
hauteur des nuages; les radiophares déterminent l'épaisseur de la fumée, du
brouillard et d'autres éléments réduisant la visibilité dans l'atmosphère. Le
radioaltimètre et les radiophares fournissent tous deux des mesures qui sont
extrêmement importantes pour le trafic aérien, notamment pour l'atterrissage et le
décollage.
Depuis 1960, les satellites météorologiques apportent une vision globale et planétaire
de l'état de l'atmosphère. Les satellites en orbite polaire (passant à peu près par l'axe
des pôles) survolent la totalité de la Terre deux fois par jour. Ils fournissent une image
des masses nuageuses et de leur évolution, ainsi qu'une multitude de données
relatives à la température de surface des océans, à la quantité d'ozone
atmosphérique, à l'humidité des sols, à la surface couverte par les glaces marines et
continentales dans les hautes latitudes. Ils enregistrent des informations sur l'état de
l'atmosphère, en particulier le profil vertical de la température à partir duquel on peut,
par exemple, déduire la distribution de la vapeur d'eau. Les satellites géostationnaires
paraissent immobiles car leur orbite est située dans le plan équatorial et ils tournent
dans le même sens et à la même vitesse angulaire que la Terre. Ils observent en
continu une portion du globe terrestre. À l'aide de l'évolution des systèmes nuageux,
on déduit les vitesses de déplacement des masses d'air. Aujourd'hui, sept satellites
tournent autour de la Terre, cinq en position géostationnaire dont Météosat, le satellite
européen, et deux en orbite polaire. Chaque satellite fournit plusieurs milliers de
données par jour. Par exemple, les informations quotidiennes enregistrées par
Météosat nécessitent 48 bandes magnétiques; elles sont captées et traitées dans des
centres spécialisés de météorologie spatiale comme celui de Lannion, qui reçoit les
images des satellites couvrant l'Europe et le proche Atlantique.
Collecte et transmission des données
L'organisation de la météorologie internationale repose sur le relevé et la collecte des
mesures au même moment partout dans le monde et dans les mêmes conditions.
Dans les stations de base, les mesures courantes (température, pression, humidité,
nébulosité, etc.) sont effectuées toutes les 6 heures (0 h, 6 h, 12 h, 18 h) en temps
universel (heure du méridien de Greenwich). Ces observations locales, rédigées en
langage chiffré, selon un code international unique, sont transmises immédiatement à
des stations régionales puis nationales; ces dernières procèdent aux premiers
traitements, en s'appuyant aussi sur les données provenant des satellites et des pays
étrangers voisins. Certains de ces centres regroupent et diffusent les données à
l'échelle continentale (par exemple Nairobi pour l'Afrique) avant de les transmettre aux
centres mondiaux des traitements que sont Washington et Bracknell près de Londres.
L'objectif est d'obtenir un instantané de l'état de l'atmosphère, pris au-dessus du plus
grand nombre de points possible de la planète afin de prévoir les mouvements des
masses d'air. En 1 heure, approximativement, les données de surface et d'altitude de
l'ensemble de l'hémisphère Nord sont traitées et les résultats diffusés auprès des
centres régionaux de nombreux pays. En 2 heures, les cartes météorologiques des
centres nationaux, dessinées à partir des données recueillies, sont transmises par
télécopie et disponibles dans les bureaux de météorologie des aéroports et des
grandes villes. Certaines analyses des conditions en altitude sont aujourd'hui
préparées automatiquement par des ordinateurs, qui, grâce à des périphériques
supplémentaires, peuvent traduire et stocker des informations de télétype codées,
faire des calculs mathématiques, et cartographier les résultats. Ces analyses sont
transmises par télécopie aux différents centres et utilisées dans des procédures
météorologiques numériques.
On connaît depuis longtemps l'ensemble des équations qui régissent les conditions
physiques de l'atmosphère. Mais il a fallu attendre ces dernières années pour que des
équipements informatiques rapides et suffisamment puissants permettent leur
exploitation. Par exemple le centre Suitland, aux États-Unis, exploite sur ses
ordinateurs, 2 fois par jour, 4 types de modèles météorologiques, 2 pour couvrir le
monde, et 2 autres pour couvrir l'Amérique du Nord. On utilise des types de modèles
différents pour des problèmes météorologiques spécifiques comme les ouragans. À
l'échelon mondial, le centre de données météorologiques le plus important est le
Centre européen de prévision météorologique, situé à Bracknell, en Angleterre.
Cependant, la complexité des phénomènes atmosphériques et l'inégalité de la densité
du réseau de mesures à travers le monde ne permettent pas d'établir une prévision
directe. Il est possible à l'heure actuelle de faire des statistiques mathématiques
analogues ou de reproduire des modèles de l'atmosphère. Dans le modèle le plus
simple, on ne fait que des prévisions à un seul niveau. On peut faire des descriptions
plus proches de la réalité en utilisant simultanément plusieurs niveaux. Le modèle le
plus sophistiqué en comporte 9. Grâce à ces équations, on peut calculer les variations
des propriétés atmosphériques de chaque niveau sur une période de temps brève, à
condition de connaître l'état initial de l'atmosphère avant d'effectuer les calculs. En
résolvant les équations, il est possible d'informatiser l'état de l'atmosphère pour
chaque niveau 10 minutes après les observations. Les données prévues sont alors
substituées aux données initiales observées et ce processus est répété pour chaque
période de temps jusqu'à 72 heures. Les prévisions à 12, 24, 36, 48 et 72 heures
après le temps initial sont automatiquement tracées sur des cartes qui décrivent les
conditions prévues pour chaque niveau et sont transmises par télécopie aux différents
centres et à d'autres utilisateurs qui ont accès au service de télécopie.
Ces procédures sont donc transmises automatiquement, mais les prévisions qui en
résultent nécessitent une certaine expérience pour les interpréter et les adapter aux
conditions locales qui ne sont pas prises en compte dans les modèles.
La précision des prévisions météorologiques est relative. Ces dernières années, on a
eu tendance à donner des précisions de l'ordre de 80 à 85 p. 100 pour des prévisions
sur 24 heures. Les modèles numériques permettent un affinement considérable de la
précision des prévisions, comparée à celle obtenue par les anciennes méthodes trop
subjectives. Aujourd'hui, on arrive à prévoir le temps 5 jours à l'avance avec un certain
succès.
Les applications de la météorologie
Les applications de la météorologie sont nombreuses et variées. Les informations
météorologiques sont absolument indispensables pour la navigation aérienne et elles
sont fortement recommandées pour la navigation et les activités maritimes. Les
services météorologiques ont pour mission de lancer des messages d'alerte lorsque
les météores peuvent avoir des effets catastrophiques sur les populations : avis de
tempête, de pluies exceptionnelles, d'arrivée d'un cyclone, etc., et même lorsqu'il s'agit
d'événements ordinaires, l'annonce de tel type de temps permet de prendre des
dispositions pour en diminuer le désagrément (salage des rues avant une chute de
neige). Dans cette perspective, la météorologie a une utilité économique. Les
agriculteurs sauront comment doser l'irrigation de leurs champs s'ils connaissent
l'évaporation et la durée supposée d'une période de sécheresse; dans d'autres cas,
ils sauront s'il faut se hâter de rentrer les récoltes, etc. Les métiers du bâtiment,
surtout lorsqu'il s'agit de grands travaux, ont besoin de connaître les périodes
d'intempéries qui risquent d'interrompre les chantiers. Enfin, même pour les
manifestations sportives (jeux Olympiques, tournois de tennis) les informations sur le
temps sont utilisées pour, par exemple, homologuer un record ou poursuivre un
match.1
1"Météorologie", Encyclopédie Microsoft® Encarta® 99. © 1993-1998
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