Comment prévoit-on le temps ?
15/11/2024Pour prévoir le temps qu’il fera dans les heures, les jours et les semaines à venir, les météorologues se basent sur un ensemble d’observations, de calculs et de connaissances techniques. Explications.
D’abord, on observe pour recueillir un maximum d’informations
Pour prévoir le temps qu’il fera demain, il faut déjà connaître le temps qu’il fait aujourd’hui.
Que mesure-t-on ?
Les paramètres à observer sont nombreux. On mesure par exemple la force et la direction du vent, l’humidité de l’air, la pression atmosphérique, la température de l’air... Ces mesures, souvent automatisées, peuvent être complétées par des observateurs professionnels, sur place. Ils apportent certaines précisions comme la visibilité en cas de brouillard ou l’épaisseur du manteau neigeux.
Un vaste réseau de stations et de capteurs
Les phénomènes météorologiques se produisent dans une couche de l’atmosphère située du sol à environ 50 km de la surface de la Terre. Les observations sont effectuées en altitude comme au sol et en mer.
Météo-France dispose d’un vaste réseau d’observation. 39 radars, 20 satellites, 2 000 stations de surface, 15 sites fixes et 4 navires de radiosondage, 6 bouées ancrées en mer… Au total, plus de 30 millions de données sont ainsi exploitées chaque jour par Météo-France ! À toutes ces informations s’ajoutent celles fournies par d’autres services météorologiques dans le monde.
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La prévision météo, vous vous demandez comment cela fonctionne ?
Pour prévoir le temps qu’il fera demain ou la semaine prochaine, trois étapes sont essentielles : l’observation, la simulation, et l’analyse.
1. L’observation
Tout commence par observer ce qui se passe dans l’atmosphère et à la surface du globe.
Grâce à :
- 39 radars ;
- 20 satellites ;
- 2 000 stations de surface ;
- 15 sites fixes ;
- et 4 navires de radiosondage ;
- 6 bouées ancrées en mer.
Ces outils mesurent des paramètres comme l’humidité, la température, la pression ou encore la vitesse des vents. Au total, Météo-France collecte plus de 30 millions de données par jour. Ces données servent à nourrir l’étape n° 2...
2. La simulation
Les informations recueillies sont traitées par des modèles numériques. Ce sont des programmes informatiques qui simulent le comportement de l’atmosphère en la découpant en petites unités qu’on appelle des mailles.
Pour faire fonctionner ces modèles et assimiler toutes ces données, il faut une énorme puissance de calcul, fournie par des supercalculateurs. En 30 ans, leur puissance a été multipliée par 10 millions !
3. L’analyse
Enfin, les prévisionnistes de Météo-France analysent les résultats des simulations pour les transformer en prévisions météo concrètes à différentes échéances.
Grâce aux progrès réalisés à chaque étape, les prévisions sont de plus en plus fiables. En 2023, la Vigilance de Météo-France était exacte 9 fois sur 10 concernant les phénomènes météorologiques dangereux.
Ensuite, on fait des simulations sur des ordinateurs très puissants
Cette masse d’informations est triée et organisée pour alimenter des modèles numériques, des programmes informatiques qui reproduisent les phénomènes physiques météo et simulent leurs évolutions.
Un modèle numérique, qu’est-ce que c’est ?
C’est un programme informatique qui reproduit sur ordinateur un phénomène particulier : on parle de simulation numérique. Construction automobile, gestion de trafic… elle est utilisée dans des secteurs d’activité très variés. Elle permet par exemple d’analyser les mouvements de l’air autour d’une voiture afin d’optimiser la forme de sa carrosserie ; d’étudier un flux de voyageurs dans une gare avant un nouvel aménagement, etc.
Notre atmosphère modélisée en trois dimensions
Les modèles numériques de prévision des météorologues s’intéressent à des phénomènes beaucoup plus complexes, à l’échelle de la planète entière. Ils découpent l’atmosphère en une grille en trois dimensions aux « mailles » plus ou moins larges. Plus les mailles sont fines, plus le modèle est précis. Ces modèles sont alimentés avec les données météo collectées et les lois physiques connues des scientifiques. On sait par exemple que l’air froid est plus lourd que l’air chaud et qu’il a donc tendance à descendre. À l’inverse, l’air chaud remonte. On connaît également les conditions dans lesquelles un nuage se transforme en pluie ou en grêle. Autant de connaissances intégrées au modèle qui lui permettent de calculer l’évolution d’une situation de départ.
Une panoplie de modèles complémentaires…
Météo-France dispose de plusieurs modèles. Le modèle Arpège couvre l’ensemble de la planète, avec une précision plus importante sur l’Europe. Il permet de simuler et de prévoir des phénomènes atmosphériques de grande échelle comme les dépressions et les anticyclones. Il est utilisé pour les prévisions jusqu’à 4 jours. Plus précis, le modèle Arome se concentre sur la France hexagonale et les territoires ultra-marins. C’est lui qui permet d’affiner les prévisions à quelques heures, notamment pour les phénomènes météorologiques très localisés et potentiellement dangereux comme les orages.
…et des supercalculateurs toujours plus puissants
Faire fonctionner ces modèles sophistiqués nécessite des calculs, beaucoup de calculs. Pour cela, Météo-France a recours à des supercalculateurs dont la puissance a été multipliée par 10 millions en 30 ans. La dernière génération de ces mastodontes de câbles et d’acier a vu le jour en 2021. Baptisés Bélénos et Taranis, respectivement dieu du soleil et dieu du ciel et de l’orage dans la mythologie celtique gauloise, ils effectuent jusqu’à 21,48 millions de milliards d’opérations par seconde !
Enfin, les prévisionnistes entrent en action
La performance des supercalculateurs ne fait pas tout. Pour analyser ces résultats complexes et les traduire en informations concrètes, une expertise humaine est indispensable : celle des prévisionnistes. Ce sont eux qui choisissent parmi les scénarios proposés par les modèles celui qui apparaît le plus probable. Ils le déclinent ensuite sur des cartes et des bulletins météo.
Deux méthodes de prévision du temps
En matière de prévision, deux méthodes sont utilisées. La première est dite « déterministe ». Les données collectées constituent le point de départ (ou état initial) d’un scénario unique élaboré par le modèle, que le prévisionniste ajuste grâce à son expérience pour en tirer des informations concrètes : températures minimales et maximales, durée et intensité des pluies, apparition de rafales de vent… La limite de cette méthode, c’est qu’elle n’intègre pas la notion d’incertitude : à quel point sommes-nous sûrs que ce scénario va réellement se produire ?
Les prévisionnistes ont donc recours à une autre méthode : « la prévision d’ensemble ». L’idée est de réaliser non plus une seule mais plusieurs simulations, en partant d’états initiaux de l’atmosphère très légèrement différents qui traduisent les incertitudes sur ces états initiaux. En fonction de la situation météorologique, ces petites variations peuvent aboutir à des scénarios dissemblables dont la dispersion reflète alors les incertitudes de prévision. Au bout du compte, plus les scénarios obtenus sont proches, plus il est probable que le temps à venir y ressemble. C’est ce que traduit l’indice de confiance apparu ces dernières années sur nos bulletins météo.
Des progrès constants
Grâce aux progrès réalisés à chaque étape, les prévisions gagnent sans cesse en fiabilité. Par exemple, en 2023, le taux de détection est de 99,4 %, c’est-à-dire que 99,4 % des départements ayant été affectés par des conséquences significatives ont été placés en Vigilance orange ou rouge.
On estime que l'on gagne environ un jour tous les 10 ans, c’est-à-dire que les prévisions à 5 jours d’aujourd’hui sont aussi fiables que les prévisions à 3 jours du début des années 2000. Aujourd’hui la prévision des températures maximales pour la journée du surlendemain est aussi bonne que celle que l’on faisait il y a dix ans pour la journée du lendemain.