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MÉTÉOROLOGIE

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La météorologie, du grec meteora et logos, dont l’association signifie « science des choses suspendues en l’air », a pour objet l'étude de l’atmosphère et des phénomènes qui s’y produisent tels les nuages, les précipitations, la foudre ou les tempêtes.

Voile nuageux de cirrostratus - crédits : S. Laflorencie

Voile nuageux de cirrostratus

S. Laflorencie

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L’atmosphère est une machine complexe, un fluide en perpétuel mouvement qui est composé de différents gaz, de poussières et de liquides en suspension. Elle se déplace, se déforme, se mélange, se transforme sans cesse au gré de ses propres contraintes physiques ou chimiques et de ses échanges avec les milieux extérieurs. Elle reçoit du rayonnement solaire, qu’elle réémet en partie vers l’espace interplanétaire, et échange de l’énergie et de la vapeur d’eau avec l’océan, les glaciers, le sol et la végétation. Elle génère un effet de serre sans lequel la Terre serait une planète gelée. Elle redistribue vers les régions tempérées et polaires une partie de l’énergie solaire reçue dans les régions tropicales. Par frottement, elle entraîne l’océan superficiel et engendre des courants à sa surface. Son écoulement laminaire est perturbé par les montagnes, les vallées, les changements de rugosité des sols et les contrastes terre-océan. Les rejets anthropiques affectent sa composition chimique, l’intensité de son effet de serre et son aptitude à former des nuages ou des précipitations.

Les phénomènes météorologiques se produisent dans les deux premières couches de l’atmosphère, ou plus exactement dans la troposphère et dans la basse stratosphère. La troposphère s’étend de la surface du globe à une altitude qui varie de 7 à 8 kilomètres dans les régions polaires pour atteindre 13 à 16 kilomètres dans les régions équatoriales. Elle contient près de 90 p. 100 de la masse totale de l’atmosphère. Sa température décroît avec l'altitude pour atteindre des valeurs de l’ordre de — 55 0C à — 60 0C à son sommet, la tropopause. Au-dessus, la stratosphère s’étend jusque vers 50 kilomètres d'altitude. Elle abrite une bonne partie de la couche d’ozone (O3), qui nous protège des rayonnements ultraviolets (U.V.), hautement cancérigènes, émis par le Soleil. Sa température croît avec l'altitude pour atteindre des valeurs proches de 0 0C à son sommet, la stratopause. Au-dessus de la stratosphère se trouvent la mésosphère, la thermosphère et l’exosphère.

Cumulus - crédits : J.-P. Chalon

Cumulus

J.-P. Chalon

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Il ne faut pas confondre météorologie et climatologie. En effet, la météorologie concerne le temps qu'il fait ou qu’il fera dans les prochains jours, à un endroit donné. C’est le temps que l’on voit ou celui que l’on ressent. Il est défini par les caractéristiques instantanées et locales de l’atmosphère (température, pression, humidité, vent) et des météores et des phénomènes qui s’y produisent (nuages, précipitations, tempêtes...). De son côté, la climatologie concerne les valeurs de ces mêmes paramètres moyennées sur plusieurs années ou dizaines d'années, et sur de vastes zones géographiques. On parle ainsi de climat régional, tropical, équatorial...

Historique

D’après l’Organisation météorologique mondiale (O.M.M.), 90 p. 100 des catastrophes naturelles ont pour origine un phénomène météorologique, climatique ou hydrologique, et notamment les sécheresses, les inondations et les cyclones. On peut donc supposer que les caprices du temps ont interpellé l’homme dès son origine. Qu’il vive de la chasse, de la pêche ou de la cueillette des fruits, puis plus tard de l’agriculture ou du commerce, il a dû agir en fonction du temps, puis rapidement prendre également en compte l’influence des conditions météorologiques des journées précédentes (pluies, sécheresse…), et certainement les risques encourus dès que l’atmosphère semblait devenir menaçante. Il y a plus de 3 000 ans déjà, les Chinois enregistraient tous les dix jours des paramètres tels le vent, la pluie, la neige ou le verglas et, de ce fait, ils disposent aujourd’hui de la plus longue série d’observations météorologiques.

Le premier traité de météorologie connu, Les Météorologiques, a été écrit vers 334 avant J.-C. par Aristote. Mais il faudra attendre le xviie siècle de notre ère, avec la mise au point des premiers instruments de mesure et le Discours de la méthode (1637) de René Descartes, pour que soit développé un système cohérent s’efforçant de fournir une explication purement scientifique des phénomènes météorologiques.

Le siècle des Lumières

L’idée de mesurer la température avait déjà germé quelques siècles avant J.-C., avant d'être reprise à la fin du xvie siècle, mais toutes les tentatives avaient abouti à des instruments dont les indications variaient fortement avec la pression. Le premier appareil fiable fut construit en 1641, à Florence, sous l’égide de Ferdinand II, grand-duc de Toscane. En 1714, il fut amélioré par Daniel Gabriel Fahrenheit, qui mit au point le premier thermomètre à mercure et établit une graduation suffisamment précise pour permettre des mesures fidèles et reproductibles. C’est à la même époque que furent développés des instruments fournissant une mesure plus fiable de la pression atmosphérique (Evangelista Torricelli, 1644), des hauteurs de pluie (Benedetto Castelli, 1639), de la force et de la direction du vent (Robert Hooke, 1664). C’est encore Robert Hooke qui, en 1664, réalise un hygromètre composé d’une corde en boyau d’animal dont l’allongement permet de mesurer l’humidité.

Pendant cette période très fertile en innovations, la disponibilité de ces nouveaux moyens de mesure s’est accompagnée de rapides progrès dans la compréhension de la météorologie et des lois qui régissent le comportement de l’atmosphère. Ainsi, dès 1648, Blaise Pascal et Florin Périer mettent en évidence les variations de pression atmosphérique avec l’altitude. Vers 1686, Edmond Halley suggère que l’air échauffé par le Soleil s’élève et se trouve à l’origine des vents d’alizé. Puis, en 1735, George Hadley explique l’influence de la rotation de la Terre sur la circulation des vents. Enfin, en 1747, pour décrire le comportement de l’atmosphère, Jean Le Rond d’Alembert développe une série d’équations mathématiques qui contribuent à renforcer les fondements scientifiques de la météorologie. En 1752, Benjamin Franklin met en évidence la nature électrique des éclairs. Carl-Wilhelm Scheele (1773) et Antoine-Laurent Lavoisier (1774) démontrent que l’air est un composé de plusieurs gaz. L’exploration de l’atmosphère se développe grâce à l’utilisation d’aérostats (J.-A.-C. Charles, 1783), puis de ballons-sondes à partir de 1920.

La naissance de la météorologie moderne

Jusqu’à la fin du xviiie siècle, les transformations de l’atmosphère ne sont appréhendées qu’à une échelle très locale autour des points de mesure. La mise en place des premiers réseaux de télégraphe électrique va permettre d’obtenir une vision plus synoptique des systèmes météorologiques. Ainsi, en 1847, Joseph Henry propose d’utiliser les réseaux installés aux États-Unis pour transmettre des observations météorologiques quotidiennes et de diffuser des alertes.

En Europe, après le naufrage de trente-huit navires de la flotte franco-anglo-turque touchés par une violente tempête en mer Noire, le 14 novembre 1854, des observations météorologiques montrent que cette dernière s'est déplacée sur l'Europe d’ouest en est avant d'atteindre la Crimée, et que le risque aurait pu être prévu. Le Verrier soumet alors à Napoléon III le projet d'utiliser les lignes télégraphiques pour organiser un réseau de météorologie couvrant une grande partie de l'Europe. Il est chargé d’organiser le premier service météorologique international qui comportera cinquante stations européennes en 1864. La constitution d’un Institut météorologique international est envisagée à l’occasion du premier congrès météorologique international qui se réunit à Vienne en 1873. L’Organisation météorologique internationale (O.M.I.), qui a vu le jour à cette occasion, sera remplacée en 1950 par l’Organisation météorologique mondiale (O.M.M.), organisation chargée de coordonner la Veille météorologique mondiale (V.M.M.) et de favoriser la coopération entre les services météorologiques de différents pays.

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Voile nuageux de cirrostratus - crédits : S. Laflorencie

Voile nuageux de cirrostratus

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Cumulus - crédits : J.-P. Chalon

Cumulus

J.-P. Chalon

Perturbation météorologique Ruth - crédits : Météosat/ Météo France

Perturbation météorologique Ruth

Météosat/ Météo France

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