mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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« Tout ce qu’on voit encore se développer dans les airs et naître au dessus de nous, tout ce qui se forme dans les nuages, tout enfin, neige, vents, grêle, gelées, et le gel si puissant qui durcit le cours des eaux et ralentit ou arrête ça et là la marche des fleuves, tout cela peut aisément s’expliquer, ton esprit n’éprouvera aucune peine à en comprendre les causes et à en pénétrer le secret, du moment que tu connais bien les propriétés des atomes. » Lucrèce
1 Chapitre 1 Introduction En dépit de cette référence à Lucrèce, n’allez pas imaginer que je vais ici m’attaquer à l’histoire des progrès scientifiques accomplis sur la compréhension du cycle de l’eau depuis l’Antiquité. Qu’il s’agisse de ses déplacements dans l’atmosphère sous forme de vapeur, de ses changements de phase, de sa précipitation sous forme liquide ou solide, de son infiltration dans le sol, de son ruissellement, ou de son évapo-transpiration, la molécule d’eau semble avoir dévoilé l’essentiel de ses mystères. S’il revenait aujourd’hui parmi nous, Lucrèce serait néanmoins surpris de constater que la grêle ou le gel des fleuves restent des phénomènes le plus souvent absents de nos représentations les plus sophistiquées du climat. Sans doute également surpris d’apprendre que les modèles climatiques demeurent incapables de simuler précisément le cycle de l’eau, non seulement dans ses manifestations régionales ou extrêmes (sécheresses, inondations) mais également en terme de climatologie des principaux réservoirs et des flux échangés entre les continents d’une part, l’atmosphère et l’océan d’autre part. Enfin et surtout, stupéfait de réaliser à quel point il nous est encore difficile de prévoir où et en quelle quantité tombera la pluie, demain, au cours des prochains mois, ou d’ici la fin du 21 ème siècle. Il faut sans plus attendre préciser qu’un grain de sable est venu enrayer la mécanique classique selon laquelle, jusqu’au début du 20 ème siècle, le mouvement des atomes, comme celui des masses d’air ou des planètes, obéissait à une logique purement déterministe. Depuis Henri Poincaré (1854-1912) et la théorie du chaos, nous savons en effet que ces mouvements sont par essence imprévisibles dès lors que l’on se place à une échelle de temps où la moindre incertitude sur les conditions initiales est amplifiée au point de modifier complètement la trajectoire du système étudié. Au delà de cette difficulté fondamentale, il faut également souligner la complexité du système climatique au sein duquel l’atmosphère ne peut être considérée comme un fluide en vase clos, mais en interaction permanente avec les océans et les continents, notamment via le cycle de l’eau. Enfin, l’histoire de la molécule d’eau se joue à de multiples échelles spatio-temporelles, allant de la microphysique des nuages à la circulation océanique thermohaline, qui ne se contentent pas de se superposer mais sont également le siège d’interactions non-linéaires. La météorologie (du grec meteôros, élevé dans les airs) est souvent le premier exemple qui vient à l’esprit lorsque l’on souhaite illustrer la théorie du chaos. Le célèbre « effet papillon » découvert accidentellement au début des années 1960 par le météorologue américain Edward Lorenz (1917-) illustre en effet l’impossibilité théorique de prévoir l’état instantané de l’atmosphère plus d’une dizaine de jours à l’avance. Au delà de cette limite, commence le royaume du climat (du grec klima, inclinaison, faisant référence à celle des rayons du soleil par rapport à la Terre). Ce terme désigne l’ensemble des états de l’atmosphère sur une région ou sur le globe toute entier, et pendant une période donnée. La climatologie se distingue donc de la météorologie par le fait qu’elle ne vise pas à décrire, comprendre, et si possible prévoir, l’état de l’atmosphère à un instant donné, mais la distribution des états successifs sur une période suffisamment longue pour en déterminer les principales statistiques. La climatologie est une discipline relativement récente, car l’idée selon laquelle les conditions climatiques ne sont pas immuables ne s’est imposée qu’au 18 ème siècle, grâce aux travaux des premiers paléontologues (Buffon 1707-1788) faisant la preuve de l’existence passée de faunes de climats chauds à nos latitudes. Ce sont les travaux de ces mêmes paléontologues qui ont conduit l’astronome et météorologue allemand Alfred Wegener (1880-1930) à proposer la théorie de la « dérive des continents » à laquelle fait allusion le sous-titre de ce mémoire. Aujourd’hui communément admise,
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