La recherche en météorologie et sciences du climat au National Weather Center

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Né il y a une dizaine d’années sur le campus de l’Université d’Oklahoma à Norman, le National Weather Center (NWC) constitue aujourd’hui l’un des pôles majeurs de recherche et de formation en météorologie aux Etats-Unis. Fondé sur un partenariat entre University of Oklahoma (OU), université publique de l’état, et l’agence fédérale américaine d’observation océanique et atmosphérique, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), le NWC est le siège de nombreuses collaborations internationales dont plusieurs impliquent des équipes françaises.

Centralisé dans un bâtiment récent dont l’imposant hall abrite aussi bien les machines à tornades du film Twister qu’un Flying Cow Café, le NWC compte environ 550 personnes comprenant chercheurs en météorologie et climat, ingénieurs, techniciens et étudiants. Les activités au NWC se concentrent autour des problématiques de l’atmosphère, avec un volet formation assuré au sein de la School of Meteorology et un volet recherche réparti essentiellement au sein de trois laboratoires antennes de la NOAA :

-  Le Storm Prediction Center, dédié au suivi et à la prévision des phénomènes météorologiques violents comme les orages et les tornades (le Texas, le Kansas et l’Oklahoma totalisent près de 25% des tornades aux Etats-Unis). Cette structure centralise les décisions pour les alertes météorologiques au niveau national.
-  Le National Weather Service Norman Forecast Office, une des 122 composantes du National Weather Service, qui gère les prévisions météo pour une soixantaine de comtés de l’Oklahoma et du nord Texas.
-  Le National Severe Storms Laboratory (NSSL), laboratoire de recherches fondamentales et appliquées sur les tempêtes (ouragans, tornades, foudre, inondations…).

Les expertises au NWC couvrent des domaines très variés de la météorologie et du climat, depuis les technologies de surveillance jusqu’à la modélisation des phénomènes climatiques (voir Annexe).

Le NWC est impliqué dans le projet GeoCARB (Geostationary Carbon Cycle Observatory). Son financement, dont l’enveloppe maximale est fixée à 166 M$, est assuré par la NASA dans le cadre du programme Earth Venture Mission. S’inscrivant dans la dynamique de l’Accord de Paris sur le Climat, GeoCARB a pour objectif de mieux comprendre les échanges naturels de carbone entre la terre, l’atmosphère et les océans. Parmi les principales missions du projet figure le lancement d’un satellite d’observation atmosphérique destiné à mesurer quotidiennement les concentrations atmosphériques en gaz carbonés et à évaluer le stress de la végétation. Outre les partenaires américains (NASA, OU et Colorado State University), le consortium scientifique de GeoCARB regroupe l’Australie, le Mexique et la France, à travers l’implication du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (CEA/ CNRS/ UVSQ, Gif-sur-Yvette) et du Laboratoire de Météorologie Dynamique (Ecole Polytechnique/CNRS). Actuellement en phase A, le passage du projet GeoCARB en phase B est attendu pour 2018 (lancement à l’horizon 2021). Les orientations de l’administration Trump en matière de suivi du climat pourraient toutefois suggérer une remise en cause du projet.

La recherche sur les radars météorologiques constitue une autre part importante des activités menées conjointement par le NWC et l’Université d’Oklahoma. Elle est concentrée au sein du Radar Research Center qui constitue le centre de formation et de recherche en radars le plus abouti des Etats-Unis. Localisé à proximité immédiate du NWC, l’ARRC est doté d’une plateforme d’innovation de 3200 m2 consacrée à l’ingénierie radar, depuis la conception de nouvelles antennes jusqu’à la réalisation de dispositifs embarqués et de radars mobiles. Un étudiant français de Polytech Lille y effectue actuellement une thèse sur les antennes réseau à commande de phase. De plus, dans le cadre d’un accord de coopération, l’ARRC échange régulièrement des étudiants avec l’Université de Limoges ; un projet de double diplôme en Ingénierie informatique et électrique est actuellement à l’étude.

Pierre-Emmanuel Kirstetter, français diplômé de l’Université Grenoble-Alpes, est chercheur au Advanced Radar Research Center depuis 2011. Installé dans les locaux du NWC, ses recherches en hydrométéorologie consistent à étudier les précipitations à l’échelle globale en croisant les informations des radars météorologiques (réseau américain NEXRAD) avec les observations satellitaires. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de la mission spatiale internationale Global Precipitation Measurement (GPM) portée par la NASA et l’agence d’exploration spatiale japonaise (JAXA), avec le concours de la NOAA et de partenaires internationaux comme le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES). Ce rapprochement des activités de la NASA et de la NOAA en hydrométéorologie a été reconnu par plusieurs récompenses décernées par la NASA [1]. Outre ses activités d’enseignement et d’encadrement d’étudiants, Pierre-Emmanuel Kirstetter est aussi Editeur associé des revues internationales Journal of Hydrometeorology, édité par la Société américaine de météorologie, et Journal of Hydrology. Il préside actuellement le comité « Precipitation » de l’American Geophysical Union.

Comme de nombreux chercheurs français installés aux Etats-Unis, Pierre-Emmanuel Kirstetter entretient des collaborations avec la France : il collabore avec Météo France pour impliquer le réseau national de radars météorologiques dans GPM. Il participe également à la mission du satellite franco-indien « Megha-Tropiques » (CNES-ISRO) dédié au cycle de l’eau dans l’atmosphère tropicale ainsi qu’au projet « HyMEx », centré sur l’étude des cycles de l’eau à l’échelle de la méditerranée. Depuis son arrivée à Norman, il accueille régulièrement au NWC des étudiants de l’Ecole des Mines d’Alès et de l’École nationale de la météorologie à Toulouse. Il reçoit également des ingénieurs du Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales [2] et du Laboratoire d’étude des transferts en hydrologie et environnement [3]. Dans un contexte empreint d’inquiétudes pour le financement de la recherche sur les sciences du climat aux Etats-Unis, Pierre-Emmanuel Kirstetter a déposé une demande de financement auprès du Thomas Jefferson Fund [4] sur la prévision des crues éclairs en collaboration avec l’Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (Ifsttar) à Nantes.

Les sciences du climat et de la météorologie constituent l’ADN de l’Université d’Oklahoma. Sur la base d’expertises niches en sciences météorologiques et en technologies radars, l’université développe de plus en plus d’initiatives de recherche à l’interface sciences et société : étude des impacts sociétaux des risques naturels avec la création en 2015 du National Institute for Risk & Resilience, ou encore gestion de l’eau avec le Water Technologies for Emerging Regions (WaTER) Center. Les ambitions du Vice-Président Recherche de l’Université d’Oklahoma visent aujourd’hui à dépasser le stade de la prévision : «  Today we predict ; tomorrow we control ». Le projet d’un centre de simulation météorologique grandeur nature unique au monde (National Environmental Simulation and Testing Facility – NEST) est actuellement à l’étude ; son ouverture est prévue pour 2022.

Annexe :
Programmes de recherches actuellement développés au National Weather Center, en collaboration avec l’Université de l’Oklahoma et la NOAA :
- FACETs (http://www.nssl.noaa.gov/projects/facets/ ) : gestion des alertes pour les tornades
- EPIC (http://www.nssl.noaa.gov/projects/epic/ ) : Utilisation des drones dans l’observation de l’atmosphère
- FLASH (http://www.nssl.noaa.gov/projects/flash/) : prévision des crues éclairs, avec une meilleure résolution spatiale et temporelle
- MRMS (http://www.nssl.noaa.gov/projects/mrms/ ) : intégration de différents flux de données pour améliorer la prise de décision liée aux prévisions et aux alertes météorologiques
- PARISE (http://www.nssl.noaa.gov/projects/parise/ ) : développement et test de la technologie radar à commande de phase
- Warn on Forecast (http://www.nssl.noaa.gov/projects/wof/ ) : l’objectif de ce projet est d’augmenter les délais d’alerte des tornades, des orages violents et des crues éclairs
- AAARG (http://arctic.som.ou.edu/ ) : recherches sur les tourbillons polaires troposphériques et les interactions nuages/atmosphère/surface en arctique.
- Applied Climate Dynamics Group (http://ifurtado.org/ ) : recherches sur les oscillations australes El Nino, la dynamique et la variabilité du climat et les interactions entre la troposphère et la stratosphère
- OU-BLISS (http://weather.ou.edu/~oubliss/ ) : recherches sur la couche limite de l’atmosphère (instrumentation et simulation). Collaboration avec le Portugal.
- CASS (http://cass.ou.edu/ ) : développement de systèmes d’échantillonnage et de détection autonome et adaptative pour les observations atmosphériques et terrestres.


Rédacteur :
- Alain Mermet, Attaché pour la Science et la Technologie, attache-phys@ambascience-usa.org

Notes

[12015 NASA Group Achievement Award, Global Precipitation Measurement (GPM) Post-Launch Team, “For exceeding all expectations for GPM operations, data processing, algorithm performance, science impact, and education and public outreach within one year after launch" ; 2014 NASA Robert H. Goddard Award, Exceptional Achievement in Science “For outstanding precipitation retrieval algorithm development to support the Global Precipitation Measurement (GPM) mission"

[2UMR CNRS /Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Université Pierre et Marie Curie

[3CNRS/IRD/Université Grenoble Alpes

[4programme de l’Ambassade de France destiné à soutenir des projets de recherche collaboratifs entre chercheurs français et américains