La météo, c'est quoi au juste ?

L'atmosphère : composition et structure verticale

L'atmosphère est une pellicule de gaz de quelques centaines de kilomètres d'épaisseur, retenue par la gravité, où se joue toute la météo. Sa composition et sa structure en couches en fixent les règles.

De quoi l'air est-il fait ?

L'air sec contient 78 % de diazote (N2), 21 % de dioxygène (O2) et près de 1 % d'argon. Le reste, moins de 1 %, réunit les gaz traces, présents en très faible quantité mais essentiels, comme le dioxyde de carbone (environ 0,04 %). Cette composition reste remarquablement constante jusqu'à près de 100 km d'altitude, une zone appelée homosphère car le brassage y homogénéise les gaz. À part se trouve la vapeur d'eau, très variable (0 à 4 %) et concentrée en bas : c'est le seul constituant qui change d'état aux températures terrestres, d'où son rôle météorologique majeur.

Une atmosphère en quatre couches

On empile l'atmosphère selon le profil de température. La troposphère (0 à environ 12 km) est le siège de la météo ; la température y baisse en moyenne de 6,5 °C par kilomètre. Au-dessus, la stratosphère voit la température remonter, car la couche d'ozone y absorbe le rayonnement ultraviolet du Soleil. Vient ensuite la mésosphère, où il refait très froid, puis la thermosphère, extrêmement chaude mais si raréfiée qu'on n'y ressentirait aucune chaleur.

La tropopause, un couvercle thermique

Entre troposphère et stratosphère, la tropopause marque une inversion : la température cesse de baisser et se met à monter. Cette inversion agit comme un couvercle qui bloque les mouvements verticaux ; c'est elle qui plafonne le sommet des cumulonimbus et leur donne leur enclume. La pression et la densité de l'air, elles, décroissent continûment avec l'altitude : à 5,5 km, il ne reste que la moitié de la masse de l'atmosphère au-dessus.

• Troposphère (0 à 12 km) : la météo, température qui baisse avec l'altitude
• Stratosphère (12 à 50 km) : couche d'ozone, température qui remonte
• Mésosphère (50 à 85 km) : la couche la plus froide
• Thermosphère (au-delà de 85 km) : très chaude mais quasi vide, aurores polaires

Bilan radiatif, albédo et effet de serre

Rien ne bouge dans l'atmosphère sans énergie. Cette énergie vient du Soleil, mais elle n'arrive pas partout de la même façon : ce déséquilibre est le moteur de tout.

Le bilan radiatif

La Terre reçoit du Soleil un rayonnement de courte longueur d'onde, surtout visible, et renvoie vers l'espace un rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde. À l'échelle du globe et sur l'année, l'énergie reçue égale l'énergie perdue : c'est l'équilibre radiatif. Mais localement, les régions tropicales reçoivent un excédent d'énergie et les pôles un déficit. Pour combler cet écart, l'atmosphère et les océans transportent en permanence de la chaleur des tropiques vers les pôles : c'est l'origine des vents et des courants.

L'albédo : la part réfléchie

Une partie du rayonnement solaire est renvoyée sans réchauffer : c'est l'albédo, exprimé de 0 (tout absorbé) à 1 (tout réfléchi). La neige fraîche a un albédo élevé, jusqu'à 0,9, et renvoie presque tout ; l'océan sombre, un albédo faible, 0,1, et absorbe beaucoup. L'albédo crée des rétroactions : si la banquise fond, la surface sombre absorbe plus, ce qui réchauffe et fait fondre davantage. C'est une rétroaction positive, c'est-à-dire qui amplifie le phénomène de départ.

L'effet de serre

Certains gaz, la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, laissent passer la lumière du Soleil mais absorbent le rayonnement infrarouge émis par le sol, puis en renvoient une partie vers le bas. Ce piégeage réchauffe la basse atmosphère : sans lui, la température moyenne serait d'environ -18 °C au lieu de +15 °C. Attention à l'image : c'est un effet radiatif, une absorption de l'infrarouge, à ne pas confondre avec une serre de jardin, qui, elle, empêche surtout l'air chaud de s'échapper.

Météo, climat, échelles et prévisibilité

Météo et climat, et les limites de ce qu'on peut prévoir, s'éclairent par deux idées : l'échelle de temps et le chaos.

Météo et climat : une question de durée

La météorologie décrit l'état de l'atmosphère à un instant et son évolution sur quelques jours. La climatologie étudie les statistiques du temps sur au moins trente ans : moyennes, variabilité, extrêmes. La formule consacrée : le climat, c'est ce qu'on attend ; la météo, c'est ce qu'on obtient. Un hiver doux ne dit rien du climat ; trente hivers, si.

Les échelles spatiales

Les phénomènes se rangent par taille. À l'échelle synoptique, des milliers de kilomètres, règnent dépressions et anticyclones, visibles sur les cartes du bulletin. À la méso-échelle, dix à quelques centaines de kilomètres, vivent les orages, les lignes de grains et les brises. À la micro-échelle, du mètre au kilomètre, se jouent la turbulence et les rafales locales. Un modèle de prévision doit choisir sa résolution selon l'échelle qu'il veut représenter.

Chaos et limite de prévisibilité

L'atmosphère est un système déterministe, elle obéit à des lois physiques, mais chaotique : une infime différence dans l'état de départ enfle avec le temps. C'est l'effet papillon, découvert par le météorologue Edward Lorenz. Conséquence : la prévision déterministe, jour par jour, reste fiable environ dix jours ; au-delà, on ne parle plus que de tendances.

Répondre à l'incertitude : la prévision d'ensemble

Pour mesurer cette incertitude, on ne lance pas une mais des dizaines de simulations, chacune partant d'un état initial très légèrement modifié. Si tous les scénarios se ressemblent, la confiance est élevée ; s'ils divergent, l'incertitude est grande. C'est la prévision d'ensemble, et c'est elle qui justifie les pourcentages de risque de pluie.