Et si on partageait un peu de météorologie ?

J’ai donné à ce blog ce que je trouve être un très beau titre: « Partager pour comprendre ». Parce que j’aime comprendre, et que j’essaie aussi de partager. Ma motivation initiale fut de partager ce que je connaissais de l’industrie nucléaire pour modérer quelque peu si possible la vague de catastrophisme déclenchée par l’accident funeste de Fukushima, et en tout cas éclairer un peu les personnes non ou mal informées avec des indications les plus claires et les plus exactes que je pouvais.

Pour aller plus avant dans la compréhension de la perturbation sociétale qui trouble actuellement les esprits de beaucoup (Comment évaluer le mieux possible le risque nucléaire ? Faire confiance ou pas à ceux qui se disent experts ? etc.) j’essaye actuellement d’en savoir davantage, et j’ai entrepris la traduction d’une étude américaine d’une quarantaine de pages qui va paraître ou vient de paraître dans la revue scientifique  Journal of Risk Research sous le titre:  » Cultural cognition of scientific consensus« , en français: « Cognition culturelle du consensus scientifique ».

Je vous soumettrai bientôt le résultat de mes efforts. Une fois de plus, j’ai constaté que les scientifiques, américains ou autres, aiment décidément beaucoup leur jargon incompréhensible aux non initiés. Mais en l’occurence, cela vaut la peine d’investir dans quelques heures de dur labeur, car le résultat mérite que l’on s’y arrête. En clair, ce qui est démontré dans cette étude, c’est une évidence que beaucoup soupçonnent, mais sans réellement oser le dire, car c’est un sujet qui fâche. Cette évidence c’est que beaucoup de gens n’écoutent et ne retiennent que ce qu’ils aiment entendre, pour la raison que cela correspond beaucoup plus confortablement à leurs croyances intimes (la cognition culturelle). Et cela, que la source d’information écoutée ait été validée ou non par un protocole scientifique rigoureux et non suspectable (le consensus scientifique).

Mais pour l’heure, je vous en ai assez dit sur ce sujet sur lequel je reviendrai. Et j’ai envie de me délasser un peu en vous proposant quelques éléments sur un thème moins susceptible d’entraîner la polémique. Ce sujet, ce sont les prévisions météorologiques, pour lesquelles les grenouilles sont désormais définitivement au chomage au profit des ordinateurs. (Ne me dites pas que dans un autre domaine de la prévision, celui des résultats des matches de football, les poulpes tiennent encore le haut du pavé !)

Je vais donc commencer par vous faire admirer le beau ciel que j’ai photographié à Vannes ce matin, mercredi 27 avril, à 08 H 00, depuis mon balcon et en regardant vers le Sud, Sud-Est.

Manifestement, il fait beau à Vannes au moment auquel cette photo a été prise. Mais cela va-t-il durer ? Et si oui, combien de temps ? Et aussi, pourquoi fait-il beau en ce moment, plutot que mauvais temps ?

Ce qui permet de répondre à ces quelques questions, et aussi à beaucoup d’autres, c’est la science de la météorologie, c’est-à-dire de l’étude des phénomènes qui se déroulent au sein de l’atmosphère terrestre.

Et cette science a fait des progrès spectaculaires depuis quelques années, depuis en fait que l’on dispose de moyens puissants pour scruter ce qui se passe dans cette atmosphère terrestre. Cette observation est maintenant possible pratiquement en continu, grâce à un réseau de satellites orbitant en permanence avec à leur bord de multiples instruments de mesure de la température, de la pression, de la teneur en eau sous forme de vapeur ou de goutelettes, toutes grandeurs caractérisant en chacun de ses points l’état de l’atmosphère, et donnant donc la possibilité de suivre le déroulement des phénomènes qui se déroulent dans cette atmosphères (échanges de chaleur entre les régions chaudes et les pôles, condensation de la vapeur d’eau contenue, transferts de masses d’air d’une zone à une autre, précipitations, etc.)

La collecte de ces données mesurées, leur traitement, et la description des phénomènes physiques qui se déroulent sous l’oeil des instruments de mesure, sont rendues possibles grâce au fait que l’on dispose actuellement de puissants moyens de calcul. Regardez la carte ci-dessous:

Il s’agit de la présentation graphique du résultat d’un énorme calcul exécuté par ce qu’on appelle un modèle météorologique. Ce modèle s’appelle GFS, pour Global Forecast System, et les résultats de son exploitation quotidienne sont disponibles gratuitement sur internet, grâce à l’obligeance des services américains de météorologie qui l’ont développé,  l’exploitent et mettent à disposition les sorties calcul brutes. (Pour plus de détails, consulter le site: http://www.meted.ucar.edu/nwp/pcu2/avintro.htm)

La carte ci-dessus a été préparée et éditée sur internet à partir des données brutes américaines par un autre organisme bénévole dont vous pouvez également visiter de site:  http://www.meteociel.fr/. Cette carte représente l’ensemble de l’hémisphère Nord de la Terre, comme si vous l’observiez à partir d’un satellite géostationnaire positionné à la verticale du pôle Nord.

Si vous parcourez (dans le sens des aiguilles d’une montre)  un cercle inscrit dans le carré, vous voyagez en fait le long d’un parallèle un peu au Nord du Tropique du Cancer. Vous repérez la péninsule ibérique, vous traversez l’océan Atlantique, voyez dans votre Nord tout le continent Nord-Américain, abordez l’Océan Pacifique, puis le Japon, tout le continent Asiatique, et enfin allez revenir à votre point de départ à travers le bassin méditerranéen.

Et bien, sur cet hémisphère, s’inscrivent les raisons du beau temps que j’ai photographié à Vannes. Pour les déchiffrer, il faut repérer deux systèmes de représentations de grandeurs physiques très déterminantes:

• La pression atmosphérique au niveau du sol, décrite par un réseau de lignes d’égale pression (isobares) tracées en blanc et cotées en hPa (hectoPascals).

• Le géopotentiel Z500, une grandeur dont les variations sont illustrées par des zones de diverses couleurs, du rouge (coté environ 600 dam) au violet foncé (coté environ 500 dam), en passant par l’orange, le jaune, le vert, les bleus du clair au foncé.

Cette dernière grandeur permet de voir l’atmosphère dans ses 3 dimensions. Comment cela ? Dans une atmosphère en équilibre statique (sans rien qui s’y passe), le niveau de pression 500 hPa se trouverait à l’altitude de 5570 m. Si on se trouve dans une zone colorée en rouge, par exemple dans l’Atlantique près du Golfe du Mexique, au large de la Floride, le géopotentiel indiqué est de l’ordre de Z500 = 600 dam. Cela veut dire que pour trouver la pression atmosphérique de 500 hPa, au lieu d’être à l’altitude normale de 5570 m, il va falloir monter jusqu’à 6000 m. Cela signifie une colonne d’air beaucoup plus volumineuse pour un même poids, donc plus dilatée. Cet air est donc beaucoup plus chaud, et recèle par conséquent une quantité plus importante d’énergie, puisque si vous avez tout lu sur ce blog, vous savez que la chaleur cela se compte en Joules, c’est de l’énergie.

Par contre, au Spitzberg, on est dans une zone bleue intense, ce qui correspond à un géopotentiel Z500 de seulement 520 dam. Au lieu de rencontrer la pression atmosphérique de 500 hPa à l’altitude normale de 5570 m, il faudra cette fois descendre jusqu’à 5200 m. L’air est donc là beaucoup plus dense, donc beaucoup plus froid.

Et Vannes dans tout cela ? Regardez la carte. La Bretagne est en zone jaune, soit de l’ordre de 565 dam. C’est déjà considéré comme un haut géopotentiel (la limite admise entre hauts et bas géopotentiels est 552 dam). Voilà un premier indice sérieux de beau temps. Le travail de prévision commencera par un examen attentif de l’évolution de cette carte à l’échelle de l’hémisphère Nord, pour y déceler les variations de positions des grandes masses d’air que l’on y observe. (GFS donne le résultat de ses calculs pour des horizons dans le temps croissant de 6 h en 6 h jusqu’à + 180 heures).

Cette première approche ne nous renseigne pas sur l’état du ciel tel qu’il apparaît sur la photo: juste un léger voile nuageux et quelques amas épars laissant voir le bleu du ciel derrière. C’est à un autre aspect des résultats de calcul de GFS qu’il faut se reporter. Le modèle calcule en effet l’évolution en fonction du temps des 3 principaux paramètres décrivant l’évolutionde l’atmosphère: pression, température, humidité relative par rapport à la saturation, et cela en chaque point d’un maillage en 3 dimensions (x, y, z). On peut récupérer ces résultats sous la forme d’une figure appelée un émagramme:

  Cette figure nous fournit les mêmes résultats que si à 8 h ce matin, nous avions largué à Vannes un ballon -sonde qui serait monté jusqu’à 11000 m d’altitude tout en transmettant des mesures de son altitude, de la température, de la pression, et de la teneur en eau de l’atmosphère. La courbe rouge donne la température de l’atmosphère en fonction de l’altitude. On voit qu’elle est toujours à droite d’une courbe vert jade qui donne la température du point de rosée, c’est-à-dire de la température à laquelle il faut refroidir l’air à la pression du moment pour qu’apparaisse la première goutte liquide par suite de la condensation de la vapeur d’eau. Le diagramme montre que cela n’arrive jamais, sauf à une altitude bien localisée, environ 3670 m. En dessous, et au dessus de cette couche particulière, il n’y a pas d’eau sous forme de gouttelettes liquides, donc pas de nuages (la vapeur d’eau étant  invisible). C’est bien ce que montre la photo prise à 8 H.

Voilà. C’était juste un bref, très bref aperçu de ce que sont quelques outils des prévisionnistes, et comment on met en application avec ces outils les notions fondamentales de mécanique des fluides et de thermodynamique. C’est celà, la météorologie du XXIe siècle, et les marges d’erreurs se rétrécissent de plus en plus, jusqu’à un horizon d’une huitaine de jours.