Index:
Les débuts de la prévision numérique opérationnelle en dehors des Etats-Unis
« Saint Paul et
Amsterdam, voyage austral dans le temps »
Les portes de Lille (1621 - 2004)
Les
débuts de la prévision numérique opérationnelle en dehors des Etats-Unis
Un
panorama présenté par Anders Persson (SHMI)
dans
la revue européenne Meteorological Applications
Notes
de lecture rédigées par Jean Coiffier - Janvier 2006paru dans Arc en Ciel n°
149
Les
débuts de la prévision numérique du temps aux Etats-Unis nous ont été relatés
par Platzmann (1979) et Cressman (1996) dans des publications de l’American
Meteorological Society. En revanche l’histoire des premiers pas de cette
technique dans les autres pays est beaucoup moins connue. Aussi faut-il saluer
l’initiative d’Anders Persson, météorologiste suédois ayant longuement séjourné
au CEPMMT à Reading, qui a dressé pour nous, dans la revue européenne
Meteorological Applications, un inventaire assez complet des premiers essais de
prévision numérique de 1950 à 1970 en dehors des Etats-Unis. Après nous
avoir relaté dans une première partie (Persson, 2005-a) comment la Suède fut
le premier pays à mettre en oeuvre une prévision numérique pour le compte de
l’armée de l’air suédoise, il poursuit son tour d’horizon des premiers
essais effectués de par le monde dans une seconde partie (Persson 2005-b) en
excluant toutefois le Royaume-Uni qui fournit la matière d’une troisième
partie (Persson, 2005-c).
Il
faut le dire tout de suite, autant la première partie rendait très bien compte
des débats scientifiques qui avaient agité l’équipe de réalisation suédoise
sous la houlette de Carl Gustav Rossby, autant la seconde partie apparaît
beaucoup plus hétérogène : la juxtaposition des témoignages recueillis
par l’auteur au gré de ses contacts avec divers protagonistes souffre un peu
du manque d’une synthèse qui aurait mis en relief les idées dominantes au
sein de la communauté des premiers modélisateurs. En dépit de cette
imperfection, cet inventaire est cependant suffisamment riche pour permettre au
lecteur d’avoir une assez bonne idée des problèmes qui se posaient et de la façon dont ils pouvaient être résolus.
Il
convient tout d’abord d’insister sur le rôle primordial qu’à joué
« le phare de Stockholm », c’est à dire l’Institut de Météorologie
créé en Suède par Rossby à son retour des Etats-Unis en 1950. Nombreux en
effet sont les météorologistes d’Europe qui se sont lancés dans le développement
de modèles de prévision numérique après un séjour plus ou moins important
dans la capitale suédoise qui leur permettait, si l’on peut dire, de « s’abreuver
à la source ». En outre cet Institut, que Rossby aurait désiré voir
officiellement « européanisé », permettait de rassembler des
scientifiques de pays qui avaient été séparés lors de la seconde guerre
mondiale.
Sur
le plan scientifique, les méthodes qui ont été employées par les pionniers
de la prévision numérique étaient bien évidemment très dépendantes de la
vitesse de calcul des ordinateurs de l’époque, ce qui imposait des limites
dimensionnelles aux projets des modélisateurs. Il semble également que
certains des pionniers de la prévision numérique ont eu le sentiment d’être
dépassés par les progrès de l’ordinateur qui permettait de réaliser des
modèles plus complexes sans leur avoir donné tout le temps d’analyser à
fond le comportement des modèles plus simples. Ainsi peuvent s’expliquer les
réticences de Rossby vis à vis des premiers modèles baroclines ainsi que ses
hésitations à s’engager dans la voie des équations primitives. Il apparaît
aussi que de nombreux services météorologiques, dont la Météorologie
Nationale en France, ont utilisé des modèles dérivés de la
méthode d’intégration graphique de l’équation du tourbillon
barotrope proposée par le norvégien Fjortoft (Lepas, 1963). Le traitement
lagrangien mis en œuvre dans cette méthode a d’ailleurs connu, en dépit
d’une certaine éclipse, un remarquable succès puisqu’il permet d’accélérer
la rapidité d’exécution des modèles actuels. Par contre l’utilisation des
fonctions orthogonales empiriques (EOF), dans le but de condenser
l’information contenue sur une verticale est vite devenue obsolète compte
tenu de l’augmentation de la vitesse de calcul permettant d’accroître le
nombre de niveaux des modèles.
Parmi les diverses expériences qui ont
jalonné les balbutiements de la prévision numérique il convient de mentionner
tout particulièrement l’entreprise « héroïque » de Hinkelmann
en Allemagne ; celui-ci aidé par un petit groupe de personnes travaillant
avec des calculatrices mécaniques de bureau parvint en effet à réaliser avec
un certain succès, l’intégration
des équations d’un modèle barocline à trois niveaux, pour un petit nombre
de situations sélectionnées au préalable. Dans le domaine des expériences
atypiques, if faut relever la tentative de Fjortoft en Norvège qui avait
entrepris de réaliser une machine analogique ; son fonctionnement – basé
sur la modulation d’un faisceau de lumière traversant des films
photographiques dont le noircissement correspondait à des fonctions d’espace
–ne permit cependant jamais d’obtenir les résultats escomptés et le système
fut abandonné.
La troisième et dernière partie de ce
tour d’horizon retrace avec force détails et citations les tentatives plus ou
moins heureuses des météorologistes britanniques pour imposer la prévision
numérique ; préférant utiliser une méthode basée sur l’équation du
« développement » proposée par Sutcliffe plutôt que de s’en
tenir à la voie tracée par Rossby avec l’équation du tourbillon barotrope,
ils durent se livrer à de nombreux
essais avant de parvenir à des résultats convaincants. Ainsi, en dépit de la
présence de personnalités scientifiques reconnues telles que Bushby ou Sawyer
et de la disponibilité d’ordinateurs scientifiques efficaces, il aura fallu
attendre le milieu des années soixante pour voir le démarrage effectif de la
prévision numérique opérationnelle au Royaume-Uni.
Enfin s’il est une leçon à retenir
de ce panorama des débuts de la prévision numérique à travers le monde,
c’est bien l’importance des échanges entre les scientifiques, favorisés évidemment
par les rencontres personnelles et les joutes au cours desquelles
l’affrontement des idées permet l’émergence de solutions efficaces, au
bout d’un temps plus ou moins long. C’est pour cette raison
que le développement de la prévision numérique a effectivement coïncidé
avec le retour au pays d’un scientifique en visite auprès d’un centre météorologique
ou d’une personnalité ayant déjà acquis une certaine compétence en la matière.
Maintenant que la réalisation des modèles
de prévision mobilise des ressources considérables et impose une très forte
segmentation du travail, ce récit des origines, abondamment documenté, devrait
éveiller chez tous ceux qui ont participé, à divers titres, aux débuts de la
prévision numérique un sentiment de nostalgie
pour une époque où la modélisation était un travail d’artisan, et où le
modélisateur avait l’impression de dominer son travail. Les jeunes générations
y trouveront sans nul doute matière à réflexion et comprendront que les
solutions qu’ils appliquent couramment, sans trop se poser de questions,
n’ont pas émergé sans difficultés.
Bibliographie
Cressman
G. P., 1996 : The origin and rise of numerical weather prediction. Historical
Essays on Meteorology 1910-1995. American Meteorological Society,
Boston, pp 21-39.
Lepas
J., 1963 : Prévision barotrope globale au niveau de pression 500 mb. (Global
barotropic prediction at the 500 mb level) Journal de mécanique et de
physique de l'atmosphère II, 19, pp 97-104.
Persson
A., 2005-a : Early operational Numerical Weather Prediction outside the USA: an
historical Introduction. Part 1: Internationalism and engineering NWP in Sweden,
1952–69. Met. Applications Vol. 12
N° 2, pp 135-159.
Persson
A., 2005-b : Early operational Numerical Weather Prediction outside the USA: an
historical introduction: Part II: Twenty countries around the world. Met.
Applications Vol. 12 N° 3,
pp 269-289.
Persson
A., 2005-c : Early operational Numerical Weather Prediction outside the USA: an
historical introduction: Part III: Endurance and mathematics – British NWP,
1948–1965. Met. Applications Vol. 12 N° 4, pp 381-413.
Platzmann
G., 1979 : The Eniac computation of 1950; Gateway to numerical weather
prediction. Bull. Amer. Meteor. Soc.,
60, pp 302-312.
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Auteur: Sylvie Malardel Cet ouvrage présente les bases techniques et scientifiques de la météorologie de ce début du XXI e siècle. Il permet à des lecteurs intéressés par la météorologie et possédant une culture scientifique générale d’aborder les connaissances classiques dans le domaine de la physique de l’atmosphère exposées avec un souci pédagogique permanent. Il présente également un état de l'art des principaux modèles conceptuels fondés sur des résultats de publications scientifiques récentes ainsi que les techniques actuelles d’observation et de prévision numérique du temps. Dans la première partie, très descriptive, le lecteur découvre les différents moyens d’observation de l'atmosphère ainsi que les paramètres qui décrivent l'état de l'atmosphère, depuis l'échelle de la planète jusqu’à celle du nuage. La deuxième partie expose les lois générales d'évolution du fluide atmosphérique, conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie, en insistant sur leur interprétation physique et en s'appuyant sur de nombreuses illustrations. Dans la troisième partie sont expliquées les approximations classiques de ces lois générales pour différentes échelles spatio-temporelles . Le lecteur découvre ainsi les grands équilibres vers lesquels s'ajuste l'atmosphère à grande échelle ou encore l'importance des termes turbulents dans la couche limite atmosphérique. La quatrième partie décrit les modèles conceptuels issus des progrès récents de la recherche météorologique. Elle présente l’analyse des mécanismes de la circulation générale, des dépressions aux moyennes latitudes, de la convection atmosphérique et de certains processus de basses couches. Enfin, la dernière partie expose les principes généraux de la prévision numérique du temps, clé de voûte de la prévision météorologique actuelle reposant sur l’ensemble des connaissances présentées dans les quatre premières parties. Avec une approche qui combine rigueur théorique et interprétation physique, ce livre s’adresse à un public varié : - étudiants en météorologie ; - utilisateurs des informations météorologiques (marins, pilotes, vélivoles, etc.) désireux de comprendre en profondeur les mécanismes atmosphériques ; - professeurs de physique et de « sciences de la vie et de la Terre », de l’enseignement secondaire et des classes préparatoires, qui choisissent la météorologie comme thème d’activités pédagogiques ; - météorologistes professionnels. Les connaissances scientifiques générales auxquelles il fait appel sont celles d’un premier cycle universitaire scientifique. L'auteur vu par l'éditeur Sylvie Malardel est enseignant–chercheur à Météo-France. Après son diplôme d'ingénieur de l’École Nationale de la Météorologie, elle a obtenu une thèse sur les perturbations des moyennes latitudes dans le très renommé département de Météorologie de l'Université de Reading (Grande Bretagne). Elle a enseigné pendant 10 ans la dynamique de l'atmosphère à l'École Nationale de la Météorologie tout en continuant la recherche sur la dynamique de l'atmosphère aux moyennes latitudes. Elle travaille maintenant au Centre National de Recherches Météorologiques sur la prévision numérique à moyenne échelle. Table des matières Introduction à la météorologie Observation de l'atmosphère Portraits de l'atmosphère Introduction au modèle théorique de fluide atmosphérique La loi de conservation de la masse La loi de conservation de la quantité de mouvement La loi de conservation de l'énergie Les échanges de chaleur avec l'extérieur Les changements d'état de l'eau Les lois sur les mouvements de rotation Introduction à la notion d'ordre de grandeur et approximations de base L'élasticité dans un fluide, approximation anélastique, système de Boussinesq Quasi-équilibre vertical, approximation hydrostatique Le quasi-équilibre horizontal, les écoulements de grande échelle et l'approximation quasi-géostrophique Exemples d'ajustement de l'atmosphère Eléments de dynamique des écoulements de petite échelle Les écoulements près de la surface, turbulence Circulation générale : la machine atmosphérique Les perturbations baroclines des moyennes latitudes Les phénomènes convectifs Les phénomènes de basses couches Les modèles de prévision numérique L'assimilation des données La prévision du temps |
Erik Durschmiedt
Editions J.C. LATTES – 2.004
‘’Les forces de la
nature, les violences du climat, ont causé plus de morts que toutes les flèches,
balles, bombes atomiques créées par les hommes depuis le début de l’humanité’’.
Je laisse aux lecteurs l’appréciation de cette première phrase du texte de présentation du livre de E. Durschmiedt, mais ce dernier s’est attaché à montrer le rôle des phénomènes météorologiques ou climatiques dans divers épisodes de l’histoire, du passé lointain à l’époque actuelle. Ils sont, il est vrai, souvent sous-estimés par les historiens.
Le livre est intéressant, bien écrit et facile à lire. Il traite tant d’évènements bien connus, tels que le 9 thermidor 1794, le passage de la Berezina en 1812, la bataille de Bastogne en 1944, Dien Bien Phu en 1954 ….que d’autres généralement méconnus comme l’anéantissement des légions de Varus en l’an 9, la tentative d’invasion du Japon par les Mongols en 1281 ou la destruction des récoltes de pommes de terre en Irlande vers 1849. Mais même sur les épisodes que l’on croit bien connaître, il donne des détails vivants, colorés et inédits.
On peut, sans doute lui reprocher de confondre événements météorologiques et climatiques, ou de mettre sur le même niveau des faits d’importance très inégale. Plus critiquable est la tendance à donner toujours à la météo un rôle prépondérant alors qu’elle n’est que l’un des facteurs à prendre en compte ; à ce titre il me parait particulièrement risqué d’assurer que la chute de Robespierre fut due à un orage local ! Mais cela n’altère pas le plaisir de lire.
P. .Duvergé
Dans la multitude des nouveaux livres qui caractérisent la rentrée littéraire de cette année 2004, du moins c’est ce que disent les spécialistes qui n’hésitent pas parfois à parler de trop plein, il en est au moins un que l’on peut recommander à nos lecteurs et tout particulièrement à ceux qui s’intéressent plus particulièrement aux îles australes :
« Saint Paul et
Amsterdam, voyage austral dans le temps »
Un beau livre qui, comme son titre le dit si bien, constitue une véritable promenade dans les siècles passés qui révèlera, pour nombre d’entre nous, une histoire de ces deux îles plus riche que nous ne le pensions. Yannick Verdenal[1], son auteur, un ancien Volontaire à l’Aide Technique (VAT), membre de la 48 ème mission d’Amsterdam, a réussi là une œuvre d’un indiscutable intérêt historique. Une abondante documentation scrupuleusement utilisée, une biographie impressionnante[2], une iconographie riche en documents anciens et en photographies récentes en couleur (20 pages) font de ce livre un véritable document auquel seront nombreux ceux qui aimeront s’y référer.
Comment, aussi, ne pas féliciter l’éditeur de ce livre pour la qualité des reproductions et pour une mise en page ayant su utiliser au mieux l’abondance des illustrations.
Un peu égoïstement, nous météos, nous retiendrons plus particulièrement la place d’excellence réservée au rôle des météorologistes dans l’histoire contemporaine d’Amsterdam : Martin de Viviès, ces trois météos décédés sur l’île[3] et puis, cette météorologiste[4] qui, en 1999, juste 50 ans après l’arrivée des premiers météos, fut la première femme à hiverner à Amsterdam.
En bref, 170 pages de qualité, d’un format de 21x24, éditées par Gérard Louis, courriel : pli.louis@free.fr. Prix : 26 €.
[1] Yannick Verdenal est actuellement chargé d’études en hydrogéologie et environnement à Nancy.
[2]Le numéro spécial d’Arc en Ciel consacré à Amsterdam y est cité.
[3] Claude Chedhomme (1957), François Antonelli (1958) et Jacques Escarmant (1967).
[4] Il s’agit de Anne Saint-Affoman
Notre collègue Jean-Henri Brenier, anvien météorologiste en poste en Guyane, nous a fait parvenir le N°1 d’une série qu’il met en œuvre : « Les Cahiers Historiques de la Guyane Française », série placée sous le haut patronage de M. Léon Bertrand, ministre délégué au Tourisme. Ce premier numéro relate « 30 ans d’histoire de l’aviation en Guyane Française de 1919 à 1939 ». Très bien documenté et illustré, il devrait séduire tous ceux et celles qui sont intéressés par l’histoire de l’aviation et de la Guyane française.
Par ailleurs vous pouvez trouver d’autres informations sur ces cahiers dont le N°2 peut être également commandé dès maintenant (LAMIRANDE 1664-1944) en consultant le site : www.cahiers-de-guyane.fr.st
Le prix de vente de ce
cahier est de 15 euros, frais de port compris à régler à l’ordre de l’Association
Culturelle Pour Promouvoir l’Histoire de la Guyane Française (A.C.P.H.G.F),
soit par chèque ou virement au : C.C.P N° 0381403956 M Lyon.
Cepadues-Editions a publié en décembre 2003 un très intéressant livre sur les montgolfières et le rapport très étroit liant le vol de ces engins majestueux avec l’atmosphère et ses conditions météorologiques. Thiery Beaudenon, météorologiste au CDM de Reims est l’auteur de ce livre dont Jean-Pierre Beysson, PDG de Météo-France a écrit les avant-propos et Luc Trullemans, météorologue à l’Institut Royal Météorologique de Belgique, la préface.
Ce livre peut être acheté à la librairie de Météo-France ou directement auprès de
CEPADUES-Editions 111 rue Nicolas Vauquelin 31100 Toulouse tel : 05 61 40 57 36.
Fax : 05 61 41 79 89. www.cepadues.com , cepadues@cepadues.com
Prix public : 25 euros
Les
portes de Lille (1621-2004)
Jean Caniot, de l’AAM, nous a fait savoir qu’il était l’auteur d’un ouvrage intitulé « Les Portes de Lille (1621-2004).
Ce livre de 178 pages, largement illustré (163 photos, plans et dessins) développe 3 chapitres :
- portes existantes en 2004.
- portes disparues au 20ème siècle :
- cas particuliers.
Ce livre sera apprécié de tous ceux qui aiment Lille et souhaite connaître son histoire.
Si vous êtes intéressés: Jean Caniot au 17 avenue de Soubise à Lambersart ( 59130) ; tel : 03 20 92 51 75.
Prix unitaire de cet ouvrage : 15 Euros plus 4 Euros de frais de port (sauf si vous êtes de Lille (port gratuit).