Météorologie

 Ne doit pas être confondu avec Métrologie.

La météorologie est une science qui a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des paramètres mesurés tels que la pression, la température et l' humidité. Le mot vient du grec ancien μετέωρος / metéōros qui désigne les particules en suspension dans l'atmosphère et -λογία / -logia veut dire « discours » ou « connaissance ».

C'est une discipline qui traite principalement de la mécanique des fluides et de la thermodynamique mais qui fait usage de différentes autres branches de la physique, de la chimie et des mathématiques. Purement descriptive à l'origine, la météorologie est devenue un lieu d'application de ces disciplines. Pour ce faire elle doit s'appuyer sur un réseau cohérent d'observations : le premier du genre - qui concerne un territoire multinational étendu - apparaît en 1854, sous la direction du français Le Verrier qui établit un réseau européen de données atmosphériques et fonctionne de manière opérationnelle dès 1856.

La météorologie moderne permet d'établir des prévisions de l'évolution du temps en s'appuyant sur des modèles mathématiques à court comme à long terme. La météorologie a des applications dans des domaines très divers comme les besoins militaires, la production d'énergie, les transports (aériens, maritimes et terrestres), l'agriculture, la médecine, la construction, la photographie aérienne ou le cinéma. Elle est également appliquée pour la prévision de la qualité de l'air.

Arcus à la base d'un cumulonimbus à Enschede, aux Pays-Bas.

Historique

Article détaillé : Histoire de la météorologie.

L’histoire de la météorologie connait trois périodes. Tout d'abord, très tôt, durant l'Antiquité, les hommes essaient d'interpréter les phénomènes météorologiques qui rythment leur vie. Cependant, ils ne se fient qu'à leurs sens et affrontent les colères de la nature. Durant cette période, les Chinois sont les premiers à avoir une démarche rigoureuse face aux phénomènes météorologiques [1]. C'est donc en Chine que les plus anciennes observations météorologiques sont avérées dès 1216 avant J.C. [2].

Le terme météorologie est lui créé par le philosophe grec Aristote pour décrire ce qu'on appellerait les Sciences de la Terre de façon générale et non le domaine exclusif de l'étude de l' atmosphère. Anaximandre est le premier à expliquer les phénomènes météorologiques par l'intervention des éléments et non par des causes divines [3].

À compter du Ve siècle, à la chute de l'empire romain, commence une deuxième période de l'histoire de la météorologie qui s'inscrit dans un immobilisme scientifique qui ira jusqu'à la Renaissance. Le début du Moyen Âge est ainsi une période de mutation et de réorganisation qui mène à l'abandon d'une grande partie des savoirs gréco-romains sur le climat. En effet, ce ne sont finalement pratiquement que des dictons météorologiques issus de recettes dérivées des connaissances antiques et d'observations plus ou moins rigoureuses, qui particularisent cette période où la météorologie n'est qu'une pseudo-science. Malgré tout les dictons, loin de la rigueur scientifique, ne sont pas tous dépourvus de sens [1]. Le monde arabo-musulman, de son côté, assimile avec plus de perspicacité l'héritage gréco-romain (cet héritage se rediffuse en Europe lors de la Renaissance du XIIe siècle) et perpétue, voire développe, des savoirs cohérents jusqu'au XIVe siècle.

La troisième période de l'histoire de la météorologie, c'est la naissance de la météorologie moderne et donc la fin de l'empirisme et des dictons. L'idée d'effectuer des observations régulières comme base de travail en météorologie revient à partir du XVe siècle. Ce sont d'abord une série d'instruments qui sont développés comme Galilée qui construisit un thermoscope, l'ancêtre du thermomètre, Evangelista Torricelli qui créa le premier vide artificiel et utilisa le concept pour créer le premier baromètre et Robert Hooke qui redécouvre le principe de l' anémomètre pour mesurer la vitesse du vent, un instrument essentiel à la navigation [4].

Ensuite, c'est l'étude des phénomènes météorologiques. En Europe, Blaise Pascal découvre que la pression diminue également avec l'altitude et en déduit qu'il y a un vide au-delà de l'atmosphère et Edmund Halley cartographie les alizés et en déduit que les changements atmosphériques sont causés par le réchauffement solaire. En Amérique, Benjamin Franklin remarque que les systèmes météorologiques vont d'ouest en est en Amérique du Nord, publie la première carte scientifique du Gulf Stream, prouve que la foudre est un phénomène électrique, relie les éruptions volcaniques et le comportement de la météo et spécule sur les effets de la déforestation sur le climat.

Au début du XIXe siècle des concepts plus généraux font jour. Le britannique Luke Howard écrit On the Modification of Clouds dans lequel il donne les noms que nous connaissons maintenant aux nuages à partir du latin. Francis Beaufort introduit son échelle descriptive des vents destinée aux marins, l' échelle de Beaufort, qui relie les effets du vent sur les vagues à sa force en nœuds. En 1835, dans un article Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps, Gaspard-Gustave Coriolis décrit mathématiquement la force qui porte son nom : la force de Coriolis. Cette force est essentielle dans la description du mouvement des systèmes météorologiques comme Hadley l'avait pressenti un siècle auparavant. En 1838, William Reid publie sa controversée Law of Storms, décrivant le comportement des dépressions, qui divise la communauté scientifique durant dix années [5].

En même temps, les premiers réseaux d'observations se développent. En 1654, sous les conseils du jésuite Luigi Antinori, Ferdinand II de Médicis inaugure le premier réseau météorologique mondial coordonné par la Société météorologique de Florence [6]. En 1849, le Smithsonian Institution, sous la direction du physicien Joseph Henry commence à mettre sur pied un réseau de stations météorologiques d'observation aux États-Unis [7]. Les observations seront disséminées rapidement grâce à l'invention en 1837 par Samuel Morse du télégraphe [8]. Urbain Le Verrier, directeur de l' observatoire de Paris, et le vice-amiral Robert FitzRoy font de même en Europe en 1856 et 1860 [9].

Tous les réseaux d'observations mentionnés jusqu'à présent étaient indépendants. Une information météorologique cruciale pouvait donc ne pas être transmise. Ceci était particulièrement important en mer. Le principal promoteur d'échanges internationaux sera l'américain Matthew Fontaine Maury. En 1853, une première conférence des représentants de dix pays se réunit à Bruxelles pour formaliser une entente et normaliser le codage des données météorologiques. En 1873, l' Organisation météorologique internationale est fondée à Vienne par les pays ayant un service météorologique.

Les symboles des fronts météorologiques : 1) Front froid 2) Front chaud 3) Occlusion 4) Stationnaire

En 1902, après plus de 200 lâchers de ballons, souvent effectués de nuit pour éviter l'effet de radiation du soleil, Léon Teisserenc de Bort découvrit la troposphère, la tropopause et la stratosphère, ce qui lance l' aérologie appliquée à la météorologie. En 1919, les météorologistes norvégiens [10], sous la direction de Vilhelm Bjerknes, développent l'idée des masses d'air se rencontrant le long de zones de discontinuité qu'on nomma les fronts. En alliant la force de Coriolis, ces notions et la force de pression, ils expliquèrent la génération, l'intensification et le déclin des systèmes météorologiques des latitudes moyennes. Encore aujourd'hui, les explications météorologiques simplifiées que l'on voit dans les médias utilisent le vocabulaire de l'école norvégienne.

Durant la Seconde Guerre mondiale, la météorologie devint un instrument essentiel de l'effort de guerre et put bénéficier d'un soutien jamais vu jusqu'à ce moment. Des écoles furent mises sur pied pour former des techniciens et des météorologues en grand nombre car elle joua un rôle de premier plan pour le routage des navires et des convois de ravitaillement, le déploiement de l'aviation et la planification des opérations militaires. La guerre météorologique de l'Atlantique nord, entre autres, vit les Alliés (la Grande-Bretagne en particulier) et l'Allemagne être en compétition pour l'accès à des données météorologiques fiables dans l'Atlantique Nord et l'Arctique. Après la guerre, en 1951, l' Organisation météorologique mondiale (OMM) est fondée par l' ONU en remplacement de l' Organisation météorologique internationale créée en 1873 pour la diffusion des données météorologiques.

La météorologie étant reliée à la mécanique des fluides (voir section science météorologique), dès 1922 Lewis Fry Richardson publia Weather prediction by numerical process qui décrivait comment les termes mineurs des équations de mouvement de l'air pouvaient être négligés pour résoudre plus facilement les conditions futures de l'atmosphère. Cependant ce ne sera qu'avec la venue des ordinateurs, à la suite du second conflit mondial, que son idée sera vraiment mise en pratique à partir des années 1950. C'était le début de la prévision numérique du temps, une formulation sous forme de programmes informatiques de plus en plus complets permettant de résoudre les équations météorologiques.

Première image de TIROS-1 de la Terre depuis l'espace.

De nouveaux instruments sont ensuite développés :

  • Les premiers radars météorologiques opérationnels grâce à plusieurs chercheurs, dont entre autres David Atlas et J. Stewart Marshall [11] ;
  • Mise en orbite du premier satellite météorologique en 1960 ( TIROS-1). Celui-ci marque le début de la collecte de données météorologiques depuis l'espace à une résolution de beaucoup supérieure aux stations terrestres ;
  • Télécommunications par onde radio au début du XXe siècle, puis par satellites, et dans les années 2000, l'internet viennent révolutionner la distribution des informations.

Le développement des ordinateurs plus puissants dans les années 1970 et des superordinateurs dans les années 1980 mène à une meilleure résolution des modèles de prévision numérique du temps. Les recherches sur l'atmosphère, les océans et leurs inter-relations, de phénomènes de grande échelle tels El Nino et les cyclones tropicaux ou de fine échelle comme les orages améliorent les connaissances des phénomènes météorologiques. Il s'ensuit une meilleure paramétrisation des équations. De plus, les instruments de collecte de données ont grandement évolué depuis 1960 : automatisation de cette collecte, télédétection et amélioration de leur résolution amenant des sondages plus précis de l'atmosphère.

Plus récemment, l'étude des tendances de températures et de la concentration de CO2 a pris de l'essor. À partir de la fin XXe siècle, la majorité des scientifiques ont reconnu le signal d'un réchauffement climatique depuis le début de l' ère industrielle. Au début du XXIe siècle, un rapport d'experts internationaux a reconnu l'action humaine comme étant le plus probable responsable et a prédit une poursuite de celui-ci [12].

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