Epilogue pour la coopération transatlantique sur les ouragans Harvey et Irma

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Fin octobre 2017, Judith Garber, responsable des affaires océaniques, scientifiques et environnementales internationales au Département d’Etat des Etats-Unis a rencontré Robert-Jan Smits, directeur-général pour la recherche et l’innovation de l’Union Européenne dans le cadre du US-EU Joint Consultative Group (JCG). L’un des moments forts de cette rencontre fut les remerciements officiels du gouvernement des Etats-Unis à la Commission Européenne pour l’aide apportée par cette dernière lors des ouragans ayant frappé les Etats sur le Golfe du Mexique en août et septembre 2017.

Cette coopération a permis aux services d’urgence et de secours américains d’avoir accès, sans le moindre frais, à des cartes géographiques précises de l’étendue des inondations. Elle représente le dernier chapitre en date d’une longue série d’efforts de très grande ampleur menés des deux côtés de l’Atlantique pour gérer les risques liés aux phénomènes climatiques majeurs.

Retour sur les ouragans Harvey et Irma : les sciences météorologiques sous les projecteurs

Le mois d’août 2017 a mis sur le devant de la scène médiatique une communauté scientifique dont les rouages restent la plupart du temps à l’écart du grand public. Le domaine des prévisions météorologiques, habituellement perçu par le biais de courtes présentations télévisées, s’est retrouvé brusquement exposé au cours de la saison des ouragans qui a frappé, à la fin de l’été 2017, le Texas, la Floride et les Antilles. L’ouragan Harvey, en particulier, a été très fortement médiatisé de par la zone qu’il a touchée, l’étendue des dégâts et la surprise avec laquelle son intensité s’est amplifiée à l’approche des côtes du Texas.

Cette surprise, avec un préavis de quelques jours à peine entre le moment où l’ouragan a pris une tournure dangereuse (et spectaculaire) et celui où ses pluies ont inondé Houston, quatrième agglomération des Etats-Unis, a mis en lumière les avancées et les limitations des sciences météorologiques. Pendant plusieurs semaines, les médias traditionnels et internet (blogs, réseaux sociaux, etc.) ont invoqué les moyens et les principaux acteurs en matière de prévision d’ouragans. Ainsi, des acronymes tels que GFS, ECMWF, NHC et NOAA sont revenus avec grande fréquence dans les discussions et les requêtes des moteurs de recherche.

Les prévisions météorologiques, le plus discret des mégaprojets

La communauté de la prévision météorologique, qui malgré une présence médiatique habituellement faible, est néanmoins parmi les mieux équipées de la planète au niveau du calcul informatique (« calcul de haute performance », high performing computing). En effet, les prévisions météorologiques reposent sur des modélisations qui requièrent d’importantes capacités de calcul au point que 13 des 100 plus puissants superordinateurs de la planète sont dédiés au calcul météorologique. A ce titre, ces prévisions entrent dans la catégorie des "mégaprojets" scientifiques, que seules les grandes puissances ou des consortiums internationaux peuvent mettre en œuvre, poussant les capacités de recherche à des niveaux inégalés.

La très forte médiatisation des ouragans Harvey, Irma et Maria a mis en lumière les principaux acteurs en terme de prévision météorologique : la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) côté américain et l’ECMWF (European Centre for Medium-range Weather Forecast) côté européen.

La NOAA, en charge de l’expertise océanique et atmosphérique, a depuis 1965 une branche spécialisée sur les ouragans, le NHC (National Hurricane Center), dont la mission est de prévoir, surveiller et analyser les ouragans pour réduire leur coût humain et matériel. Le NHC est basé à Miami, en Floride, et utilise le modèle GFS (Global Forecasting System) pour anticiper ces phénomènes météorologiques majeurs sur l’ensemble de la planète.

Les résultats fournis par le GFS ont servi de base pour les préparatifs des populations en danger et pour l’organisation des autorités locales lors des ouragans ayant touché le Golfe du Mexique. Cependant, au même moment, le modèle couramment appelé "Euro Model" fut discuté dans les médias sociaux et même sur certaines chaines de télévision locales et nationales. Cette appellation désigne le modèle IFS (Integrated Forecast Model) de l’ECMWF. Cet organisme a été fondé en 1975 par dix-huit pays européens, rejoints ultérieurement par quatre pays supplémentaires comme membres de plein droit et douze pays en coopération. Son objectif était de mettre en commun les ressources financières et humaines pour arriver à produire des données météorologiques descriptives et prédictives fiables. Le centre est implanté à Reading, au Royaume-Uni, près du bureau météorologique britannique et est depuis janvier 2016 dirigée par Florence Rabier, chercheuse française issue de Météo France.

Précision géographique et météorologique

La finesse des prévisions est directement dépendante des informations qui sont fournies au modèle. Les sources d’information sont très nombreuses, depuis les satellites en orbites basses comme hautes, jusqu’aux bouées en mer, aux avions, navires et installations au sol (voir figure ci-dessous). Les données que ces instruments fournissent sont utilisées comme base de travail par le modèle météorologique. Dans le cas du modèle européen IFS, les prévisions à moyen-terme sont basées sur plus de 40 millions de mesures quotidiennes ; elles sont produites deux fois par jour sur deux superordinateurs CRAY-XC40 chacun classés 25ème plus puissante machine mondiale. En sus des mesures, des archives météorologiques sont intégrées aux calculs quotidiens, les plus vastes étant celles du modèle IFS (plus de 100 000 000 Go et qui grandissent de près de 120 000 Go tous les jours).


Sources de données des modèles de prévision météorologique.

Les deux modèles, GFS et IFS fonctionnent suivant deux modes distincts, la prédiction déterministe et la prévision d’ensemble. Le premier mode représente la prévision météorologique jugée la plus probable, avec une résolution élevée (zones de 9 km de côté dans le cas de l’IFS, avec l’atmosphère divisée en 137 couches distinctes). Le second, régulièrement présenté dans les médias, est en fait une série de prévisions réalisées avec une résolution légèrement moins élevée et avec de légères variations des paramètres initiaux dans chaque prévision de la série. Un ensemble de possibilités est alors obtenu pour prendre en compte la nature chaotique du comportement de l’atmosphère terrestre et fournit une dispersion permettant de visualiser l’incertitude sur les évènements à venir.

Divergence de résultats sur les ouragans

Les deux modèles présentent cependant des différences en termes de performances et de résultats, en particulier pour les prévisions liées aux ouragans. Cette divergence est devenue particulièrement flagrante avec l’ouragan Sandy, en 2012 : alors que le modèle GFS avait prédit sa disparition au milieu de l’océan, l’IFS avait anticipé un impact sur la côte Est. Les évènements donnèrent raison à l’IFS, avec des conséquences tragiques tant au niveau humain que matériel.

Au cours des années suivantes, la meilleure performance du modèle européen s’est confirmée pour plusieurs ouragans, jusqu’à Harvey et Irma en 2017. L’image suivante compare à titre d’exemple le chemin suivi par l’ouragan Irma et les prévisions réalisées quelques jours plus tôt par les différents modèles (Euro Model pour le modèle européen, GFS pour le modèle général du NOAA). La comparaison fait apparaître d’importants écarts atteignant les 150 km entre ces deux modèles. Le trajet prévu par le modèle européen (lignes rouge et verte) se révèle plus en accord avec celui effectué par l’ouragan (disques).

Autre exemple : les deux images ci-dessous montrent les prévisions à 10 jours de la position de l’ouragan Irma par le GFS et l’IFS. Seul l’IFS a pu prédire l’impact de l’ouragan sur la Floride à ce moment.

Prévision du GFS faite le 31 août 2017 pour le 10 septembre.

Prévision de l’IFS faite le 31 août 2017 pour le 10 septembre.

La même conclusion s’observe avec l’ouragan Harvey :


(haut) : prévision de l’IFS sur Harvey faite le 14 septembre pour le 24 septembre.
(bas) : prévision du GFS sur Harvey faite le 13 septembre pour le 26 septembre.

De l’avis général, experts compris, l’Europe est perçue comme ayant une longueur d’avance par rapport aux Etats-Unis. Cependant, la NOAA s’efforce de rattraper ce retard et développe depuis des années de nouveaux modèles météorologiques pour améliorer ses performances prédictives et rattraper le retard pris sur son homologue européen. L’ouragan Harvey a été perçu par les chercheurs aux Etats-Unis comme un premier test majeur des modèles en développement. Ainsi, comme rapporté dans la Revue Science, le Geophysical Fluids Dynamics Laboratory (GFDL, Princeton, New Jersey), a pu montrer que son modèle, le FV3, pouvait obtenir des résultats semblables à celui de l’IFS européen pour prédire le comportement de l’ouragan Harvey.

Les développements et stratégies à venir

La question de la prédiction météorologique ne se limite pas aux efforts des chercheurs mais nécessite une coordination au niveau national ou continental (dans le cas de l’Europe). Ainsi, des inquiétudes ont été partagées médiatiquement lorsque, durant une saison des ouragans particulièrement intense aux Etats-Unis, les principaux postes en charge du Hurricane National Center n’étaient pas pourvus.

En revanche, si la question du réchauffement climatique est fortement discutée outre-Atlantique, il existe un consensus politique pour renforcer les capacités des Etats-Unis à prédire les évènements météorologiques. Ainsi, fait marquant dans l’environnement politique hautement polarisé, le Congrès américain a voté en avril 2017, avec un fort soutien bipartisan, une loi pour renforcer les moyens et les missions de la NOAA face aux phénomènes météorologiques dangereux alors que la recherche en lien avec le réchauffement climatique apparait aujourd’hui un sujet d’opposition entre républicains et démocrates.

De son côté, l’ECMWF ne se contente pas de ces résultats et continue d’améliorer ses outils, avec par exemple la prochaine génération de superordinateurs qui seront installés à Bologne (Italie) à partir de 2020. Plus largement, l’Europe poursuit le développement de ses outils de prévision météorologique, avec non seulement ces équipements de calcul, mais aussi et surtout par l’extension de ses capacités d’observation, notamment orbitales.

La coopération au centre de la lutte contre les catastrophes

Comme dans grand nombre de situations d’urgence, l’Union Européenne a mis à disposition de la FEMA – l’agence fédérale de gestion des catastrophes – la constellation de satellites Copernicus lorsque le Texas a été touché par l’ouragan Harvey. Ceux-ci sont destinés à l’observation terrestre et fournissent des informations atmosphériques, maritimes et terrestres. Une de leurs missions consiste à fournir un soutien pour la gestion de catastrophes naturelles et artificielles (industrielles, par exemple). La mission de gestion des urgences implique une capacité d’alerte et de cartographie pour donner des outils d’aide à la décision, et ce sans frais ni coût facturé à l’utilisateur une fois le service activé par les autorités compétentes (http://copernicus.eu/main/emergency-management).

Dans le cas de Harvey, la constellation a permis de générer des cartes des zones inondées obtenues par imagerie radar sur Houston, Austin, San Antonio, Mathis, Beaumont/Orange au Texas et à Lake Charles en Louisiane, et ce dès le 27 août. Dans les jours qui ont suivi, Copernicus a été à nouveau activé pour suivre les effets de l’ouragan Irma alors qu’il commençait à toucher la Guadeloupe, Haïti et la République Dominicaine.

Vue d’artiste d’un satellite de la constellation Copernicus.

Cette relation de rivalité et de coopération entre les agences météorologiques de ces deux grandes puissances scientifiques sert ainsi de moteur pour faire avancer à la fois la recherche, la technologie mais aussi et surtout leur capacité à aider les populations où qu’elles soient.

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