Il y a 50 ans ...

Bulletin de OMM, Volume VII, N° 2
Avril 1958

Photographie de la page de couverture

Bien que la tâche des météorologistes ne change pas tout fait aussi rapidement que le temps qu’ils ont à prévoir, elle est indubitablement exposée à une variation séculaire nettement marquée. Pendant la deuxième moitié du XIXe siècle, quand les services météorologiques commençaient à peine à être organisés, leur principale préoccupation fut de répondre aux besoins du marin et de l’agriculteur, mais depuis lors c’est sur les prévisions vitales pour l’aviation que l’accent a été mis. Le progrès le plus récent dans ce domaine a été la mise en service d’avions à réaction sur les lignes aériennes, d’abord le malchanceux Comet I britannique, puis le TU-204 russe, et maintenant le Boeing 707, le Convair 880 et le Douglas DC/8 américains, la Caravelle française et les versions améliorées du Comet britannique. La photographie de la couverture représente un Boeing 707. L’introduction très prochaine et sur une large échelle de ces appareils sur les principales lignes aériennes du monde pose au météorologiste bien des problèmes nouveaux auxquels l’OMM a accordé toute priorité.

Parallèlement à cette évolution de la météorologiste aéronautique, d’importants progrès ont été également réalisés dans d’autres secteurs, parmi lesquels on peut citer la météorologie agricole et l’hydrométeorologie. Un compte rendu des mesures prises par l’OMM dans le second de ces domaines sera publié dans le prochain numéro du Bulletin: les progrès accomplis dans le domaine de la météorologie agricole seront passés en revue à la deuxième session de la Commission de météorologie agricole.

Contenu

Il y a 50 ans les principaux points du Bulletin d’octobre étaient les télécommunications météorologiques en Europe, la réduction de l’évaporation de l’eau des réservoirs, les aspects des ondes de relief intéressant l’aéronautique, le cinquantième anniversaire du Service météorologique australien (voir MétéoMonde/février 2008/anniversaires) et la partie II de «la conquête de la troisième dimension» ainsi que les rapports des deuxièmes sessions de l’Association régionale III et de la Commission de météorologie synoptique ainsi que les activités des associations régionales et des commissions techniques.

La conquête de la troisième dimension

Discours présidentiel prononcé à la deuxième session de la Commission d’aérologie
(Paris, juin-juillet 1957)

Deuxième partie

Le développement de l’aviation après la première guerre mondiale allait mettre à la disposition des aérologistes un nouveau véhicule pour explorer l’atmosphère. Pour obtenir des données en altitude, il suffit d’équiper un avion d’un météorographe et d’inviter le pilote à faire des observations météorologiques visuelles, complément indispensable des données du météorographe. Mais pour cela, les anciens météorographes Marvin et Bosch pour ballons-sondes devaient subir quelques modifications afin de les adapter à leur nouveau véhicule. Il était indispensable à la fois d’augmenter la précision des instruments météorologiques et de diminuer leur retard. C’est ce que réalisa J.Jaumotte (1887-1940) lorsqu’en 1923, il construisit un météorographe pour avion, capable de mettre en évidence, par la régularité et l’extrême finesse de l’enregistreur, les surfaces frontales des cyclones.

Naissance de l’aérologie synoptique

Dès les premières années de ce siècle, la fréquence des lancers était apparue comme un facteur de succès tout aussi important que leur simultanéité. Mais pour accroître la fréquence des sondages, il faut disposer d’un météorographe d’un prix modique, d’un poids léger, d’une grande maniabilité, même par gros temps, d’une construction facile et robuste et d’un étalonnage aisé. Concevoir et réaliser un instrument répondant à la fois à des conditions aussi sévères et apparemment aussi contradictoires semblait être une gageure. W.H.Dines , 1855-1927) parvint cependant à la tenir en 1907. Il eut l’idée de supprimer le mouvement d’horlogerie et de substituer à l’enregistrement des variables d’état en fonction du temps, un enregistrement de la température et de l’humidité relative de l’air en fonction de la pression atmosphérique, laquelle fort heureusement varie d’une manière continue et monotone avec l’altitude. Le météorographe léger de Dines, dont le poids ne dépassait guère 50g, permit à l’aérologie de prendre un nouveau départ. Il devenait possible de lancer des ballons-sondes d’heure en heure, ce qui contribua grandement au succès des journées aérologiques internationales.

La théorie norvégienne des cyclones déduite, en 1918, des seules observations synoptiques en surface nécessitait une vérification dans l’atmosphère libre. L’exploration synoptique de cyclones frontaux exigeait des sondages très serrés dans le temps: en moyenne un lancer par heure pendant deux ou trois jours, avec un renforcement temporaire du rythme des lancers atteignant jusqu’à quatre lancers par heure à certains moments critiques. S’inspirant de l’idée de Dines, Jaumotte s’est attaché à construire, dès 1924, un météorographe qui sous un volume très petit—sa plus grande dimension linéaire ne dépassait guère neuf centimètres—et sous un poids très léger—l’instrument avec son boîtier ne pesait que 30 g—gardait toutes les qualités de sensibilité et de précision de son météorographe pour avion tout en conférant au nouveau météorographe une maniabilité et une robustesse indispensables à un étalonnage en très grande série et à des lancers très rapprochés dans le temps. J. Bjerknes reconnut dans le météorographe Jaumotte l’instrument approprié à l’exploitation systématique des perturbations du front polaire et de la tropopause. Ensemble en 1927, Jaumotte et Bjerknes réalisèrent, à la station aéorologique d’Uccle, la première expérience dans la voie de l’aérologie synoptique.

Techniques de radiosondage

Si le sondage par avion présente sur le ballon-sonde le double avantage de ne pas être aveugle et de fournir des données susceptibles d’être transmises immédiatement aux services météorologiques nationaux, il est par contre incapable de fournir régulièrement des renseignements au-dessus du niveau de six ou sept kilomètres. Ceux-ci sont cependant tout aussi indispensables au diagnostic des situations atmosphériques, d’où la nécessité d’appliquer la radiotélégaphie à la technique du ballon-sonde. C’est le 3mars 1927, à l’Observatoire aérologique Teisserenc de Bort à Trappes, que P.Idrac (1885-1935) et R. Bureau réussirent l’expérience qui marqua l’entrée du radio-sondage dans la météorologie et le début d’un véritable renouveau des techniques d’exploration de l’atmosphère. Ils réalisèrent, pour la première fois, une liaison par radio entre la stratosphère et le sol en attachant un émetteur d’ondes courtes de faible puissance à un ballon. Après la mort inopinée d’Idrac, Bureau continua seul l’étude du problème complexe du radiosondage et construisit le premier, en 1927, une radiosonde conçue en vue d’une exploration systématique de l’atmosphère. La radiosonde transmet les éléments météorologiques au sol par une action mécanique, comme dans le cas de la radiosonde Bureau, ou par une action électromagnétique de la sonde aérologique sur l’émetteur. Le résultat positif de la première expérience du Bureau et l’importance capitale de la radiosonde comme moyen d’investigation de l’atmosphère libre suscitèrent la plus vive émulation parmi les constructeurs, dont la liste ne cesse de s’allonger encore de nos jours.

Le radiosondage n’a pas seulement fait entrer les renseignements en altitude dans le cycle des travaux quotidiens que la prévision du temps impose aux services météorologiques nationaux, il a aussi permis d’étendre le réseau de stations de sondage aux déserts, aux calottes polaires et aux océans.

Les développements prodigieux, auxquels nous assistons de nos jours, surtout depuis la guerre, dans le domaine de l’électronique et des ondes courtes, ont mis à la disposition des aérologistes des moyens aussi nombreux que variés pour résoudre les problèmes de télémesure que posent l’extension et l’amélioration du réseau de stations de sondage. C’est ainsi qu’au théodolite optique l’on a pu substituer le radio-théodolite et le radar; d’où la possibilité d’effectuer des sondages de vent, quelle que soit la nébulosité. Mais le radar recèle bien d’autres possibilités: grâce à la réflexion des ondes centimétriques et millimétriques sur les grosses gouttes et les cristaux de glace, il est possible d’explorer les hydrométéores et les nuages d’averses. D’autre part, la méthode de l’écho optique permet de mesurer l’altitude de la base et du sommet des couches nuageuses superposées. Enfin, la sensibilité de la propagation des ondes radioélectriques de moins de 10 m de longueur d’onde aux moindres modifications de structure de la troposphere fait des ondes ultra-courtes un excellent moyen d’exploration des couches inférieures.

Sondages transocéaniques

Les immenses possibilités de la technique moderne ont puissamment contribué au développement actuel du réseau de stations de sondage, surtout dans l’hémisphère nord où, à ce jour, il en existe quelque cinq cents. Pour l’hémisphère sud, à cause de la forte prédominance des mers, la situation est moins satisfaisante: le réseau aérologique austral de l’AGI ne comporte en tout qu’une bonne centaine de stations, dont 52 dans la zone tropicale, 36 dans la zone tempérée et 20 dans la zone antarctique. Même si l’on avait mis à profit toutes les îles des mers australes, le réseau resterait inadequate. La technique moderne offre heureusement un moyen nouveau de pallier cette insuffisance manifested u réseau austral. Le fait que, pendant la guerre, des ballons japonais lestés d’engins incendiaries réussirent à traverser l’océan Pacifique—oh! ironie des mots—et à atteindre les côtes occidentals de l’Amérique du Nord prouvait qu’il était possible pour un sphérique de tenir l’air pendant plusieurs jours. Cette performance marquait le retour du ballon libre, l’aéronaute étant cette fois remplacé par un dispositif de contrôle automatique de l’altitude. Cette réussite mit les meteorologists américains sur la voie d’une nouvelle application du ballon libre à l’exploration de l’atmosphère. A l’initiative de F.A. Spilhaus, des lancers expérimentaux de ballons en polyethylene, à volume constant, du type Skyhook, furent effectués avec succès aux Etats-Unis de 1947 à 1950. Ils ont montré que la technique du ballon à plafonnement était à la fois applicable et rentable.

Mais c’est à E.T. Orville que revient le mérite d’avoir, le premier, eu l’idée d’appliquer la technique du ballon-sonde à plafonnement à l’exploration horizontale de l’atmosphère au-dessus des oceans. Il développa sa conception du sondage transocéanique dans son adresse présidentielle à l’American Meteorological Society en janvier 1950. Il proposa d’explorer l’atmosphère à l’aide d’un ballon contraint, par un dispositif électro-mécanique approprié, de flotter à un niveau barique donné au-dessus de regions océaniques autrement inaccessibles et muni de radio-sondes pouvant être lâchées automatiquement à intervalles de temps réguliers, dans le but de sonder les couches atmosphériques sous-jacentes. Un récepteur, emporté par le ballon, devrait recueillir les données des radiosondes, lesquelles seraient ensuite automatiquement retransmises à des stations réceptrices établies le long des côtes. Un procédé radioélectrique permettrait de localiser ces radiosondages. De plus un réseau de stations radiogoniométriques terrestres se chargerait de repérer avec precision la position du ballon, de deux en deux heures, par exemple, de manière à pouvoir reconstituer sa trajectoire en vue d’obtenir des renseignements précieux sur la configuration du courant au niveau barique exploré.

Les sondages transocéaniques effectués, de 1953 à 1956, par le Naval Research Laboratory, sous les auspices du Bureau of Aeronautics des Etats-Unis, ont montré que le ballon à plafonnement offrait non seulement la possibilité d’explorer de vastes régions où il est impossible d’implanter un réseau de stations de sondage, mais qu’il était encore à même de procurer des renseignements, comme l’accélération synoptique de l’air, que le réseau aérologique est incapable de fournir.

Ces techniques modernes de télémesure ne permettent pas seulement d’explorer le champ de la pression, de la température, de l’humidité, des hydrometeors et du courant atmosphérique, elles peuvent aussi nous fournir des renseignements sur la répartition verticale du gradient du potentiel électrique, de la conductibilité de l’air, de l’ozone atmosphérique, du flux résultant du rayonnement de grande longueur d’onde, etc. Il a déjà été construit divers types de sondes permettant de mesurer toutes ces grandeurs. Des recherches sont en cours un peu partout et le résultat des premiers essais justifie tous les espoirs.

Expériences récentes avec des engins téléguidés

Bref, on peut, de nos jours, mesurer les grandeurs météorologiques in vivo dans l’atmosphère libre. Malheureusement, les ballons-sondes ne peuvent traverser les couches où l’air est tellement raréfié que la poussée d’Archimède sur le ballon devient insignifiante. Théoriquement, un ballon-sonde ne peut dépasser l’altitude de 40 km, en pratique le plafond est beaucoup plus bas, de l’ordre d’une trentaine de kilometers. Aussi, jusqu’il y a environ dix ans, nous ne disposions que de méthodes indirectes pour déterminer la structure de l’atmosphère au-dessus du plafond des ballons-sondes. Parmi ces méthodes, citons celles basées sur la propagation des ondes radioélectriques, sur l’observation des étoiles filantes, de l’ozone, des auroras, des lueurs crépusculaires et de la lumière du ciel nocturne, etc.

Mais, immédiatement après la fin de la dernière guerre mondiale, des engines autopropulsés ont permis une exploration directe de l’atmosphère jusqu’à une altitude qui, de nos jours, dépasse 350 km. Dès 1945, le redoubtable engin de guerre V2 fut transformé, aux Etats-Unis, en un véhicule capable de transporter des instruments de mesure à travers des couches atmosphériues restées jusqu’alors inexplorées. Depuis la mise à feu, en 1946, du premier des V2 récupérés en Allemagne par l’U.S. Air Force, mise à feu qui faillit tourner mal puisque l’engin bascula à 100 m de hauteur et passé au-dessus de la tête des observateurs, de très sérieux progrès ont été réalisés. Des fusées de types différents ont été construites et expérimentées, citons: l’Aerobee, le Viking, le Deacon-Skyhook (ou Rockhoon) , etc. Leurs caractéristiques dependent de l’altitude à atteindre et de la charge utile à emporter. Au 1er juillet 1954, 266 fusées, dont l’altitude maximum a varié entre 71 et 389 km, ont été lancées par différentes institutions américaines. Les resultants pleins de promesses, obtenus aux Etats-Unis, ont instigué d’autres pays, la France, la Grande-Bretagne et l’URSS, entre autres, à construire des engins autopropulsés en vue d’explorer les couches les plus élevées de l’atmosphère terrestre. Tout récemment, la France a construit et expérimenté une fusée qui porte le non romantique de Véronique.

Pour mesurer la pression aux grandes altitudes, il a été fait appel aux ressources de la technique du vide. Suivant les niveaux bariques que l’on désire explorer, il faut faire usage de jauges basées sur la variabilité en fonction de la pression, soit de la conductibilité thermique, soit de l’intensité d’un courant d’ionisation. Quant à la mesure spécifique de l’air, elle est déduite d’une loi relative au déplacement supersonique d’un cône. La température de l’air est ensuite calculée en fonction de la pression atmosphérique et de la masse spécifique de l’air ainsi que de sa masse molaire, laquelle varie avec l’altitude au-dessus de 100 km.

Quant au vent aux niveaux supérieurs à 30 km, on peut le déduire de la trajectoire d’un engin téléguidé, reconstituée à l’aide de procédés optiques et radiogoniomètriques, des angles de position de l’axe du missile, déterminés à l’aide de systèmes gyroscopiques et de l’angle entre cet axe et la direction de la vitesse relative de l’air, mesuré à l’aide d’un instrument placé dans la tête de la fusée. Comme le missile atteint l’altitude de 60 km en 150 secondes, les vitesses de l’air qu’il fournir sont pratiquement des vitesses instantanées et non plus des vitesses moyennes comme dans le cas d’un radiovent ou d’un radarvent.

Une technique de prélèvement d’échantillons d’air a été mise au point en vue de connaître la composition chimique de la haute atmosphère. Des instruments ont été construits qui permettent d’obtenir, à bord d’engins autopropulsés, la composition ionique des couches élevées, l’intensité dans ces couches du rayonnement cosmique, le spectre ultraviolet du soleil, etc.

Mais à leur tour les fusées ont aussi leurs limitations. Leur séjour dans l’atmosphère est extrêmement court et, de plus, elles ne fournissent des données que le long d’un seule verticale. Or, il y a souvent intérêt à avoir des données relatives à un long intervalle de temps et à de vastes étendues de la surface du globe. Dans ces cas, le satellite artificiel est susceptible de rendre de très grands services. Des essais sont en cours. Souhaitons que l’Année géophysique internationale réalise ce qui, aujourd’hui, n’est encore qu’un rêve.

Les moyens existent donc pour mesurer, partout dans l’espace qui entoure notre planète, tous les paramètres—dynamiques, physiques et chimiques—qui interviennent dans les processus atmosphériques. Ce n’est qu’en groupant les résultats de toutes ces mesures en une synthèse harmonieuse que nous pourrons enfin arriver à une représentation vraiment complète des phénomènes dont notre atmosphère est le siège.

J. Van Mieghem
le 4 juin 1957

Service météorologique australien
50e anniversaire

Voir Anniversaires (en anglais) dans cette édition et dans l'édition de MétéoMonde de février 2008 (en anglais).

Télécommunications météorologiques en Europe

Une Réunion conjointe OACI/OMM sur les télécommunications météorologiques en Europe a eu lieu au Palais des Nations, à Genève (Suisse), du 24 février au 8 mars 1958; elle fut suivie par les représentants de 29 pays et les observateurs de trois autres organisations internationales. La réunion avait été convoquée en vue d’étudier les problèmes régionaux de télécommunications intéressant à la fois l’OACI et l’OMM.

Il est reconnu depuis longtemps que le système actuel de télécommunications météorologiques pour la navigation aérienne demande à être uniformisé et coordonné afin de d’assurer un usage plus efficace de l’équipement, des fonds, des fréquences et de la main-d’œuvre. La question devient plus urgente en raison de l’introduction de nouveaux types d’aéronefs, puisque les renseignements météorologiques devront de ce fait être transmis plus rapidement et plus fréquemment, sur de bien plus grandes distances. Les avions à réaction, par exemple, auront besoin de renseignements plus fréquents et plus détaillés sur les conditions météorologiques aux aérodromes terminus.

Après un examen complet des divers systèmes de télécommunications utilisés pour l’échange de renseignements météorologiques à la fois pour les besoins d’exploitation et à des fins de prévision générale, la réunion a adopté plusieurs recommandations; celles qui présentent un intérêt spécial sont mentionnées dans les paragraphes suivants.

En ce qui concerne la transmission de renseignements aux aéronefs en vol, un nouveau système d’émissions radiotéléphoniques sol-air sur très hautes fréquences (VHF) devrait être établi progressivement. Cette utilisation accrue des voies radiotéléphoniques entraînera la disparition progressive des émissions radiotéléphoniques.

A propos de l’échange de renseignements d’exploitation (conditions météorologiques détaillées régnant aux aérodromes) entre stations aux sol, il a été recommandé d’établir, en plus du système actuel de téléimprimeurs par fil, un nouveau système de téléimprimeurs par fil avec 10 zones de circuits dans la Région européenne.

Au sujet de l’échange de renseignements nécessaires à l’établissement des cartes du temps, il a été recommandé d’améliorer le system actuel de téléimprimeurs par circuits filaires et de remplacer les émissions en morse par des émissions plus rapides assurées par téléimprimeurs.