La météo à l’ère de l’intensification des événements extrêmes

Prévoir la météo quotidienne relève de plus en plus des ordinateurs. Mais face aux événements extrêmes, les météorologues restent essentiels. Une question de sécurité publique.

Simuler l’atmosphère

Pour comprendre comment on prédit les événements extrêmes, il faut d’abord comprendre comment on prédit la météo tout court. C’est au Centre météorologique canadien, un morne édifice de béton situé en bordure de la route Transcanadienne, à Dorval, que sont réalisées, sur un super-ordinateur, toutes les prévisions d’Environnement Canada. « Une prévision de deux jours nécessite actuellement quelques dizaines de minutes de calcul », m’explique le chercheur Martin Charron.

Température, pression atmosphérique, vitesse et direction des vents, humidité relative, précipitations, ennuagement… pour réaliser une prévision, on doit d’abord « nourrir » le modèle avec les données d’observation. Elles proviennent des stations au sol, des ballons-sondes, des satellites et même d’avions et de navires spécialement équipés.

Le modèle canadien, appelé GEM (Global Environmental Multiscale), couvre l’ensemble de la planète avec une grille imaginaire formée de 225 millions de points (du sol jusqu’à 65 km d’altitude). Une étape dite « d’assimilation » des données permet d’attribuer une valeur à chaque point de la grille, ainsi que l’incertitude associée. On obtient ainsi une sorte de photo en trois dimensions de l’état de l’atmosphère.

À partir de ces conditions initiales, le modèle utilise des équations mathématiques pour simuler divers phénomènes physiques dans chacune des parcelles d’atmosphère : déplacements des masses d’air, transferts de chaleur ou d’humidité, condensation, etc.

C’est un processus itératif : on prévoit l’état de l’atmosphère quelques minutes plus tard, puis on recommence le calcul à partir de ce moment, et ainsi de suite. « On avance comme ça de cinq minutes en cinq minutes ou de dix minutes en dix minutes », décrit Martin Charron.

À l’écran de son ordinateur, un graphique témoigne de l’amélioration des performances prédictives du modèle depuis les 20 dernières années. Le progrès informatique a ainsi permis d’augmenter la résolution, passée de 100, à 30, puis à 15 km pour le modèle global. Notre meilleure compréhension des phénomènes physiques a aussi permis de raffiner les équations. Mais un modèle restera toujours une représentation simplifiée de la réalité, et l’ajout excessif de détails le rendrait trop lent pour qu’il soit utile.

Pour parvenir à prévoir le temps avec justesse, il faut des observations provenant de l’ensemble du territoire, ce qui n’est pas simple chez nous. Avec ses montagnes, ses océans, l’Arctique, « le Canada a un climat hyper diversifié. Et une grande partie du pays est inaccessible par la route », souligne Julie Mireille Thériault, chercheuse à l’Université du Québec à Montréal (UQAM) et spécialiste des précipitations hivernales. L’installation et l’entretien de stations météo en régions isolées se font donc par hélicoptère, ce qui est très coûteux. Et les radars ne couvrent que le sud du pays…

Quant aux instruments de mesure, ils ont leurs limites. Par exemple, quand la neige tombe lentement, les flocons peuvent être déviés de leur trajectoire avant de tomber dans la jauge à neige. De même, lors d’orages violents, la pluie qui tombe à l’horizontale ne sera pas captée par le pluviomètre. Les satellites détectent la température à différentes altitudes, mais la mesure obtenue est celle d’une couche d’air pouvant avoir quelques kilomètres d’épaisseur.

Même les thermomètres utilisés actuellement par le Service météorologique du Canada ne sont précis que jusqu’à 50 °C. Au-delà, l’incertitude de mesure atteint le demi-degré : c’est beaucoup trop. Le record canadien de chaleur de 49,6 °C, enregistré en 2021 à Lytton, en Colombie-Britannique, a sonné le glas des thermomètres actuels : on se procurera des thermomètres conservant leur précision jusqu’à 60 °C.

La précision est essentielle, car l’atmosphère est un système chaotique, explique Martin Charron. « Ça signifie que, si on change un petit peu la condition initiale, on aura quelques jours plus tard un état de l’atmosphère complètement différent. »

C’est le fameux « effet papillon », popularisé dans les années 1960 par le météorologue et mathématicien Edward Norton Lorenz. Pour faire image, on dit que le battement d’ailes d’un papillon peut engendrer une tornade à l’autre bout du monde. Mais ce n’est pas si loin de la réalité, démontre un test réalisé il y a quelques années avec le modèle météorologique d’Environnement Canada.

« On a changé la condition initiale de température de 0,2 degré sur quelques points de grille dans une petite région du sud de la Californie, raconte Martin Charron. Ce n’est pas beaucoup, 0,2 degré… Mais c’était suffisant pour que, deux jours plus tard, il y ait une tempête au Québec ou qu’il n’y en ait pas ! »

Diversifier les prévisions

Pour pallier ce problème, la météo moderne utilise la méthode probabiliste dite « des ensembles ». « On va générer quelques dizaines de prévisions différentes en modifiant légèrement les conditions initiales et certains paramètres du modèle. On les fait varier de manière stochastique [aléatoire] sur une plage de valeurs réalistes », explique Martin Charron. On obtient ainsi un éventail de scénarios possibles. « S’il y en a plusieurs qui se ressemblent beaucoup, on peut avoir confiance en cette prévision-là [tout en gardant un œil] sur les scénarios divergents. »

L’existence de plusieurs modèles à l’échelle mondiale (européen, canadien, américain…) permet aussi de comparer différentes possibilités. Ainsi, en 2012, certaines prévisions de ces différents systèmes nationaux prévoyaient que l’ouragan Sandy, qui remontait la côte est américaine, se dirigerait vers l’Europe. Mais d’autres avaient envisagé la possibilité que le système bifurque brusquement vers la côte… Sandy a effectivement fini par frapper New York.

Et si on a fait des pas de géant dans la prévision des trajectoires d’ouragans, le temps violent reste très difficile à prévoir. « C’est le talon d’Achille de la météo moderne », dit John Gyakum.

Pour mieux prévoir la météo quand l’atmosphère est instable, « il faut en apprendre plus sur ce qui se passe à petite échelle, ce qui permettra, ultimement, de mieux prédire la météo à grande échelle », estime-t-il. Ainsi, une différence d’un demi-degré Celsius ne change généralement pas grand-chose. Mais en hiver, ça fait la différence entre recevoir de la neige, de la pluie, du grésil ou du verglas !

En effet, une goutte d’eau qui se condense rejette de la chaleur dans l’air ambiant. Alors qu’un flocon qui fond, lui, capte la chaleur. Des processus de microphysique qui « aident la température à se rendre à proche de zéro et à la maintenir proche de zéro », souligne Julie Mireille Thériault.

De manière générale, prévoir les précipitations reste une tâche « affreusement difficile », estime Djordje Romanic, professeur au Département des sciences atmosphériques et océaniques à l’Université McGill. « Nos modèles se trompent rarement quand il s’agit de prévoir la température ou la pression, dit-il. Mais ce sont des variables continues. Alors que les précipitations sont des phénomènes localisés. » Sur un modèle météo haute résolution dont les points sont espacés de 2 kilomètres, une zone de précipitations de 10 kilomètres de long n’occupera qu’une poignée de points de grille, ce qui est insuffisant pour décrire en détail le déroulement d’une averse ou d’un orage.

Pour améliorer les modèles, la recherche se poursuit. Sur le toit de l’UQAM et celui de McGill, une panoplie d’instruments météo est à l’œuvre. Et à l’hiver 2022, le projet WINTRE-MIX a réuni les équipes de Julie Mireille Thériault, de John Gyakum et de plusieurs collègues du Canada et des États-Unis pour tenter d’élucider les facteurs de formation des précipitations hivernales. Dehors, dans la tempête !

Communiquer le risque

Le travail de météorologue dans un contexte d’intensification des événements comprend aussi la communication avec le public. Depuis quelques années, le Service météorologique du Canada (SMC) revoit sa manière de faire. Désormais, on veut mettre en relief les impacts des événements météo. C’est-à-dire qu’au lieu de seulement décrire un phénomène en chiffres, on fait ressortir les conséquences possibles, comme les pannes de courant.

« On veut trouver des façons de mieux informer la population pour que les gens soient en mesure de prendre les meilleures décisions pour se protéger ainsi que leurs biens », explique Jean-Philippe Bégin, météorologue de sensibilisation aux alertes au SMC.

L’organisme a aussi créé un produit destiné spécialement aux organisations de mesures d’urgence. Le Bulletin vigilance les informe sept jours à l’avance des phénomènes météo à surveiller. « Cette information n’est pas disponible pour le public, indique Jean-Philippe Bégin, parce que le niveau de confiance [sur les quantités de neige attendue, par exemple] est faible à 7 jours. » Mais l’outil est utile pour les décideurs qui doivent planifier les horaires de leur personnel, par exemple.

Cette nouvelle approche est issue d’un projet de plusieurs années, auquel a participé Flore Tanguay-Hébert, doctorante en communication des risques, un programme commun de l’UQAM, de l’Université de Montréal et de l’Université Concordia. Dire au commun des mortels que le vent soufflera à 200 km/h, ce n’est pas nécessairement très clair. « Si on me dit que le toit de ma maison va être arraché… [là, je comprends !] » illustre la chercheuse.

« Le réflexe des scientifiques est généralement de chercher les données les plus objectives et précises possible, alors que ce n’est pas nécessairement ce dont les gens ont besoin en matière d’information », poursuit celle qui est également coautrice de Communication des risques météorologiques et climatiques, publié en 2017 aux Presses de l’Université du Québec. Elle constate que communiquer le risque, c’est « tout un apprentissage, toute une façon de penser ».

Traditionnellement, le Service météorologique diffusait des veilles, des avertissements et des alertes selon des critères fixes. Ces critères existent toujours, mais on est plus proactifs, dit Jean-Philippe Bégin. « S’il y a une première neige en novembre qui n’atteint pas 15 centimètres, on envoie un avertissement, car on sait qu’il y a une vulnérabilité : les gens n’ont pas leurs pneus d’hiver… » Idem pour une pluie en mai si des inondations sont en cours.

Cela explique aussi les 85 alertes de tornade ayant retenti l’été dernier sur les cellulaires du Québec. « Ce n’est pas qu’il y a plus de tornades qu’avant, c’est qu’on a changé notre approche de communication », dit Jean-Philippe Bégin. Avant, le risque de tornade était mentionné dans l’alerte d’orage violent. Alors qu’aujourd’hui, on utilise plutôt une alerte intrusive spécifique.

Ne risque-t-on pas de crier « Au loup ! » trop souvent et de perdre l’intérêt du public ? Non, croit Flore Tanguay-Hébert. « Ça a l’air niaiseux, mais il faut créer une habitude. La première fois que tu reçois un message de tornade, tu capotes. Mais c’est important que les gens s’attendent à recevoir l’information par ce système-là s’il arrive quelque chose. »

La communication des risques est un élément important de la « culture de la résilience ». Un concept qui a émergé dans les années 1990 en matière de sécurité civile, quand on s’est rendu compte qu’on ne pourrait pas planifier tous les scénarios catastrophe. « L’objectif est que les gens prennent conscience des risques qui les entourent et de leur pouvoir d’action. Un message sur le risque qui est efficace va donner les moyens à la personne de mitiger le risque, de réagir s’il arrive quelque chose », note Flore Tanguay-Hébert.

Les alertes précoces ne sont toutefois que la première étape de la gestion des risques, met en garde Flore Tanguay-Hébert : « La société n’est pas plus résiliente parce que les gens ont de l’information sur le risque. S’il n’y a pas de vrais moyens de prévenir, de gérer, de se préparer face aux risques et d’y répondre, le système d’alerte précoce n’est qu’un gros joujou technologique. »

Cela commence entre autres avec les trousses d’urgence de 72 heures que nous devrions tous et toutes avoir chez nous. La vôtre est-elle mieux garnie que la mienne ?