Introduction générale à la météorologie

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La météo, on la vit tous les jours. Beaucoup d'entre nous consultent régulièrement le bulletin pour savoir quel temps il fera dans les prochains jours. Mais qu'il fasse beau, qu'il pleuve ou qu'il vente, quelques notions sont indispensables pour bien comprendre et appréhender les bulletins qu'on nous propose et la météorologie en général, qui n'est pas une science exacte. Elle demande donc des bases assez conséquentes pour la comprendre dans ses détails.

 

 

 

1 | Les différents paramètres

 

En météorologie, un paramètre est un état de l'atmosphère que l'on quantifie à l'aide d'instruments de mesure. Les états de ces paramètres ont un impact direct sur l'évolution de la météo à venir. On distingue quatre paramètres : la température, mesurée avec un thermomètre ; l'humidité, mesurée avec un hygromètre ; la pression atmosphérique, mesurée avec un baromètre ; et le vent mesuré avec un anémomètre.

 

 

▶ La température

 

Toute la matière qui nous entoure se trouve dans un état plus ou moins stable. La température est le ressenti que l'on a de l'état dans lequel se trouve la matière. Cela dit, il existe plusieurs températures en météorologie. La température peut être exprimée selon l'humidité et aussi selon le vent.

 

 

▶ L'humidité

 

En météorologie, il y a deux façons de quantifier l'humidité dans l'air. L'humidité absolue, sans doute la moins connue, car la moins utilisée, mesure la teneur d'eau que contient l'air.

L'humidité relative est celle qui nous intéresse particulièrement. Elle correspond à la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air, en pourcentage, par rapport à la quantité maximale qui pourrait être contenue aux mêmes conditions. Cette quantité maximale, appelée seuil de saturation ou point de rosée, varie en fonction de la pression et de la température de l'air. Plus la température ou la pression atmosphérique va être élevée, plus la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air pourra être grande.

 

 

▶ La pression atmosphérique

 

La pression atmosphérique est sans doute une des notions les plus simples qu'il soit en météorologie. Elle se résume à la masse que pèse l'air sur un endroit donné de la Terre. Elle varie sur un même lieu en fonction des anticyclones, zones de hautes pressions, et des dépressions, zones de basses pressions.

La pression variant énormément en fonction de l'altitude, les mesures faites sur Terre sont retravaillées afin d'obtenir le résultat que l'on obtiendrait au niveau de la mer.

 

 

Pression au niveau de la mer (lignes blanches) et altitude des 500 hPa (en couleurs et en décamètres)

 

 

▶ Le vent

 

Le vent tel que nous l'entendons tous les jours (celui qui nous concerne le plus) est le vent horizontal. Le vent est le ressenti que nous avons du déplacement de l'air qui nous entoure. Mais il existe également un vent vertical, que nous ne percevons pas, qui est, entre autres, un facteur important dans la convection.

 

 

2 | Les unités

 

Les unités sont indissociables de la météorologie, comme de toute autre science. Elles le sont tellement qu'on se retrouve parfois avec plusieurs unités pour quantifier le même phénomène/paramètre.

 

▶ Unités de température

 

A. Différentes unités pour les températures

 

La plus connue pour nous est sans conteste le degré Celsius, noté “°C” qui est utilisé, non seulement en France mais également partout autour du globe. Cette unité se cale sur les états de l'eau. Le 0°C correspond à la température limite entre l'état solide et l'état liquide de l'eau alors que le 100°C correspond quant à lui à la température limite entre l'état liquide et l'état gazeux de l'eau.

Il existe aussi le degré Fahrenheit, noté “°F”. Il n'est presque plus utilisé sauf dans de rares pays, dont les État-Unis. Cette unité est basée sur les relevés fait au cours de l'hiver 1708-1709 à Danzig (Pologne). Le 0°F correspond à la plus basse température relevée durant cet hiver (environ -18°C) et le 100°F correspond à la température du corps humain (environ 37°C).

Cependant, aucune de ces deux unités correspond à celle utilisée dans le système international qui est le Kelvin, noté “K” . Cette unité n'est maintenant utilisée que très rarement, sauf en astronomie, où elle est l'unité de référence. Cette unité, qui n'est plus notée “degré kelvin” mais seulement “Kelvin”, ou “K”, est basée sur la même échelle que les °C, à savoir les états de l'eau, à la différence près que le 0 K correspond au 0 absolu, à savoir -273,15°C.

 

 

B. Différents indices de températures

 

La température la plus courante que nous entendons tous les jours dans les médias est la température sous abri. Cette température correspond à la température qu'il fait réellement, c'est-à-dire sans le refroidissement du vent ni l'effet de l'humidité.

L'humidex est, quant à lui, la température que ressent le corps en combinant et la température réelle, et l'humidité relative. Cet indice de température, qui diffère généralement très peu de la température réelle sous nos latitudes, est néanmoins particulièrement ressenti en été, généralement avant un orage lorsque l'on dit que le temps est lourd. En zone tropicale, plus que la température réelle, c'est l'humidex qui est particulièrement pesant.

L'indice de refroidissement éolien, ou windchill, est la température ressentie lorsqu'il y a du vent. Ce refroidissement est parfois important, notamment en hiver où il peut provoquer une température ressentie parfois 10°C inférieure à la température réelle.

 

 

▶ Unités d'humidité

 

Très souvent et sur toute station météo, on exprime l'humidité en pourcentage. Cette mesure correspond à l'humidité relative. Elle est quasi-exclusivement utilisée aujourd'hui car elle s'adapte à chaque situation et donne un bon aperçu de la situation de l'atmosphère.

L'humidité absolue permet quant à elle d'estimer la quantité d'eau contenue dans une portion de l'atmosphère. Cette humidité absolue se mesure en masse de vapeur d'eau (typiquement en gramme ou kilogramme) par rapport au volume d'air en mètre cube. Elle s'exprime donc en g/m³ ou kg/m³.

 

 

▶ La pression atmosphérique

 

Sans doute la première unité de mesure de la pression atmosphérique, le millimètre de mercure (mmHg), ou Torr, est maintenant utilisé presque exclusivement en médecine. Initialement, il correspondait à la pression exercée par une colonne de un millimètre de mercure de hauteur.

Aujourd'hui, l'unité de référence et du système international est le pascal. Cela dit, on utilise l’hectopascal (hPa) qui permet d'obtenir des grandeurs plus abordables. Pour info, un hectopascal équivaut à 100 pascals. Depuis son origine, un pascal correspond à un Newton par mètre carré, mais plus près de nous, un pascal vaut environ un gramme de pression par centimètre carré (exactement 0,98g).

 

 

▶ Le vent

 

A. Vent horizontal

 

Sur terre, le vent se mesure en kilomètre par heure. Rien qui ne soit très difficile à comprendre. Depuis un point A, le vent se déplace de X kilomètres en une heure pour atteindre le point B. On a donc le résultat en km/h. On parle parfois de mètres par seconde (m/s), mais plus rarement et dans de rares occasions.

En mer, on parle de nœuds. Un nœud correspond à un mile nautique par heure soit 1,852 km par heure.

 

B. Vent vertical

 

Le vent n'est pas seulement horizontal, il peut aussi être vertical. On parle alors de d'hectopascal par heure (hPa/h).

 

Vitesses verticales (ou vent vertical) - Modélisation issue du GFS de Météo-Contact

 

 

 

3 | Quelques phénomènes expliqués

 

▶ La température

 

Toute matière à une température car toute matière est composée de particules. Les particules composant la matière sont en mouvement permanent. Elles vont parfois s'entrechoquer les unes aux autres, ce qui va entraîner des transferts d'énergie. Ces transferts d'énergie seront d'autant plus nombreux que les particules seront excitées, soit par les rayons solaires, soit par une toute autre source de chaleur, comme une résistance par exemple.

De plus, à chaque état de la matière correspond une température, qui varie selon la matière elle-même. Assez paradoxalement, c'est l'état solide qui détient la température la plus froide de la matière. On pourrait penser que, parce que les particules sont plus proches, la température est plus élevée. Mais il n'en est rien. À l'état solide, les particules sont organisées entre elles et sont ainsi dans un état stable. De fait, il y a moins de transfert d'énergie, donc une température plus faible. À l'état liquide, les particules sont proches les unes des autres, mais elles ne sont pas organisées. Cependant, elles ne sont pas particulièrement excitées non plus. C'est ce qui explique la température de cet état intermédiaire. Finalement, l'état le plus chaud est bien l'état gazeux. Cela peut paraître contre-intuitif, mais toute matière à un état gazeux à des températures plus ou moins élevéee. À l'état gazeux, les particules sont éloignées les unes des autres mais très excitées. Il y a donc de nombreux transferts d'énergie et tout ce qui s'en suit.

 

 

▶ L'humidité

 

L'eau, comme toute matière est soumise à ces mouvements de particules. Dans leur état liquide, les particules ne sont pas organisées mais sont néanmoins dans un état relativement stable. Cela dit, à cause des rayons du soleil, les particules d'eau peuvent se retrouver dans un état instable. Pour retrouver l'équilibre, et donc l'état stable, une partie de ces particules va changer d'état pour devenir un gaz. Ce gaz, la vapeur d'eau, va donc être en suspension dans l'air. La quantité de vapeur d'eau présente dans l'air est à l'origine de l'humidité.

 

 

▶ La pression atmosphérique

 

La pression atmosphérique se résume simplement à la masse que pèse l'air sur la surface de la Terre. On ne s'en rend pas forcément compte, mais au-dessus de nous se trouve à chaque instant une colonne d'air dont la masse se fait ressentir à chaque instant. Cette masse varie légèrement (plus ou moins 10%) au gré des dépressions et des anticyclones.

 

 

▶ Le vent

 

Le vent est le ressenti que l'on a du déplacement d'une masse d'air. Ce déplacement a pour origine les différences de pression que l'on observe à la surface de la Terre car l'air va se mettre en mouvement depuis les hautes pressions pour venir combler les basses pressions. De plus, plus la différence de pression sera grande dans un espace restreint, plus le déplacement de l'air sera rapide, plus le vent sera fort.

 

▶ Les nuages

Plus haut a été évoquée la notion de “Point de rosée”. Un nuage se forme lorsque le point de rosée est atteint. Différents processus permettent d'atteindre ce point de rosée :

• La convection : lorsque l'air près du sol est chaud et dilaté, il monte en altitude car il est plus léger et se refroidit par détente alors que l'humidité absolue ne varie pas.
• Le soulèvement orographique : lorsque l'air rencontre un relief, il est soulevé car le relief l'y en contraint. Ensuite, le même mécanisme que pour la convection entre en jeu.

 

Pour en savoir plus, vous pouvez consulter les explications sur la formation des nuages et les différents types de nuages.

 

▶ Les précipitations

 

Un nuage est, comme toute l'atmosphère, parsemé par de grandes quantités d'impuretés qui sont autant de noyaux autour desquels la condensation peut avoir lieu. Les noyaux de condensation sont la base de la goutte ou du cristal de glace car des gouttelettes vont venir se fixer sur la particule.

Puis on distingue deux cas. Lorsque le nuage à une température négative, les gouttelettes d'eau en surfusion vont, au fil des mouvements internes au nuage, venir grossir les petits cristaux de glace formés autour des noyaux. A partir d'une certaine taille, le cristal de glace va être trop lourd et la gravité va l'emporter sur l'ascendance. Dans le deuxième cas, celui des nuages à température positive, ce sont les chocs entre les gouttelettes qui finiront par créer des gouttes de pluie qui tomberont, entraînées par la gravité.

 

4 | La prévision

 

La prévision météorologique se fait à partir de modèles qui sortent des cartes pour différents paramètres. Elle requiert quelques compétences de base mais surtout de l'expérience afin de savoir analyser chaque situation.

 

▶ Les modèles

 

Un modèle est un ensemble de paramètres atmosphériques qui sont calculés par des supercalculateurs. Il est à la base de toute prévision et a ses propres caractéristiques de résolution, d'échéance ou encore de calculs.

Chaque paramètre de chaque modèle est calculé à partir de l'état initial de l'atmosphère, c'est-à-dire que le modèle va intégrer les relevés en temps réel dans ses algorithmes afin d'avoir une meilleure précision et une meilleure vision du futur.

Mais il existe énormément de paramètres pour un même modèle, bien plus que les quatre évoqués plus haut. En réalité, certains paramètres calculés ne sont pas perceptibles par l'homme et nécessitent de très puissants appareils pour être mesurés, voire calculés dans certains cas. Ils sont calculés à partir d'équations intégrées aux algorithmes.

 

Carte issue du modèle WRF de Météo-Contact représentant le paramètre "température"

 

 

▶ La prévision

 

Afin de prévoir le temps qu'il fera dans les prochaines heures et les prochains jours, on utilise les modèles déterministes. Un seul scénario est calculé car on estime la fiabilité des paramètres suffisante. Certains de ces paramètres se suffisent presque à eux-même comme par exemple la température. Cependant, certains phénomènes dépendent de beaucoup de paramètres, comme les orages. Il faut alors croiser les données afin d'estimer si le phénomène peut avoir lieu et avec quelle intensité sur quelle zone.

Au-delà de quelques jours, les modèles déterministes présentent une fiabilité jugée trop faible pour les croire sur parole. C'est pourquoi il existe des ensembles.

Un ensemble est un paramètre que l'on va calculer à plusieurs reprises en modifiant à chaque fois quelques données de l'état initial de l'atmosphère afin de calculer plusieurs scénarios possibles. Suite à ces scénarios, le prévisionniste va pouvoir dégager une tendance, la plus fiable possible, afin d'avoir une prévision relativement bonne et réaliste.

Pour voir encore plus loin, au niveau saisonnier, les méthodes changent légèrement. On a cette fois-ci plusieurs modèles (ensembles de paramètres) qui vont chacun calculer plusieurs scénarios possibles et là encore on va en dégager une tendance. De plus, on va croiser les modèles entre eux pour affiner un peu plus cette prévision. Cependant, c'est encore une science jeune dont la fiabilité est estimée à 60 %.

 

5 | La différence entre la climatologie et la météorologie

La climatologie est une science qui étudie le climat sur un minimum de 30 ans. Les climatologues s'intéressent aux évolutions passées du climat en se basant sur les relevés faits durant les décennies concernées afin d'en ressortir des moyennes et des tendances. Ils étudient également l'évolution probable du climat futur. Pour résumer, la climatologie est la science du temps sur un long terme.
 

La météorologie quant à elle est la science du temps qu'il va faire dans une échéance proche. L'analyse de la situation en direct, la prévision de la semaine, la prévision saisonnière sont autant de domaines qui concernent la météorologie. C'est donc la science du temps à court terme.

 

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