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La prévision météo vise à réduire l'effet papillon

©EPA

Augmenter les capacités de calcul pour raffiner encore les modèles de prévisions météorologiques à moyen terme, c'est le défi du centre européen qui fournit les services météo régionaux.

Adieu la grenouille dans son bocal, la pomme de pin qui s'ouvre ou se ferme ou le doigt mouillé pour percevoir la direction du vent. La prévision météo est avant tout une affaire de données, de calculs et de hautes technologies. Il y a peu de place pour l'improvisation et les boules de cristal dans cette science qui tend de plus en plus vers l'exactitude.

"Notre boulot est de réduire l'effet papillon au minimum."
Florence Radier
Directrice générale ECMWF

Le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) est en quelque sorte le grossiste des services météo nationaux ou régionaux, qui pourront raffiner ses données à plus petite échelle. "Nous fournissons des prévisions numériques de l'évolution du temps sur un maillage de 9 km de côté. Ce n'est sans doute pas assez précis, pour des agriculteurs par exemple, qui ont besoin d'anticiper des précipitations très locales à la minute près ou presque", remarque Florence Radier, directrice générale de l'ECMWF.

Le "système terre"

Comme son nom l'indique, ce centre européen travaille sur les données à moyen terme, comme d'autres agences sur les différents continents. À partir des données et des paramètres atmosphériques au temps T, fournis par les ballons sondes, les avions, les bateaux, les stations météo et surtout les satellites, ces agences élaborent des modèles à 5-7 jours.

Ces données en temps réel sont combinées et traitées par des programmes informatiques sur la base de la connaissance acquise du "système terre". "Comment la terre et tout ce qui l'entoure fonctionnent et comment les différentes surfaces - terre, mer, milieux urbains, industriels, forestiers, désertiques - interagissent avec les couches de l'atmosphère", indique Florence Radier. Les données et ces connaissances scientifiques permettent d'élaborer des modèles de prévisions déterminés par des supercalculateurs.

"Pour chaque prévision que l'on donne, nous en avons fait une cinquantaine au préalable pour accroître au maximum la précision. Parce que le modèle n'est pas parfait et parce que les mesures ne sont pas parfaites non plus", note-t-elle. "La moindre modification des paramètres influe sur le résultat final. C'est le principe de l'effet papillon. Notre boulot est de réduire cet effet papillon au minimum."

"Si on réduit la précision des calculs de 64 à 32 bits, le degré d'exactitude de nos prévisions ne s'en trouvera pas altéré mais nous libérons 40% du temps de calcul."
Florence Radier

Puissance de calcul

"Le degré d'imprévisibilité peut varier d'un instant à l'autre en fonction de l'instabilité des masses d'air. Les 50 prévisions que nous effectuons permettent de réduire cette incertitude ou en tout cas de prévenir cette incertitude", estime la directrice.

Mais pour améliorer encore ces performances, il faut augmenter la puissance de calcul. Avant de migrer sur des superordinateurs graphiques qui nécessiteront une réécriture compète des programmes, il faudra attendre 3 à 4 ans. En attendant, l'ECMWF travaille sur le software. "Jusqu'ici, nous travaillons en 64 bits, soit 15 décimales dans la précision des calculs. Avons-nous besoin d'une telle précision dans notre travail?" s'interroge Florence Radier. "Non parce que les données dont nous disposons ne sont pas parfaites et précises à 100%. Si on réduit la précision des calculs de 64 à 32 bits, le degré d'exactitude de nos prévisions ne s'en trouvera pas altéré mais nous libérons 40% du temps de calcul", se réjouit-elle.

80 %
Les prévisions météo à moyen terme affichent actuellement un degré d'exactitude de 80% à 8 ou 9 jours.

Mais la directrice générale insiste, le modèle prévisionnel n'est pas à proprement parler une intelligence artificielle. "Une IA ne pourra jamais se substituer totalement aux prévisionnistes. Le modèle que nous utilisons n'est pas que statistique, il tient aussi compte des lois de la physique."

Vision en profondeur

Le gain de capacité sera mis à profit pour accroître la définition des prévisions sur l'axe vertical. Actuellement, le système offre une résolution 91 niveaux sur 80 km de haut. Grâce à ce gain de temps et de capacité, le supercalculateur pourra passer à une résolution de 137 couches. "Or les mouvements verticaux dans l'atmosphère sont aussi importants pour l'évolution des phénomènes météo que les déplacements horizontaux. Nous gagnons donc en vision tridimensionnelle." Et là encore ce sont les satellites qui fournissent l'essentiel de ces données en profondeur par une analyse électromagnétique notamment.

Progressivement, les modèles s'affinent et permettent d'allonger le terme des prévisions. L'ECMWF a ainsi pu gagner un jour de prévisions par 10 ans. "Grâce au modèle lui-même qui devient plus riche, mais aussi par l'augmentation du nombre de données disponibles." Cette augmentation des ressources permet à l'organisme européen qui fournit 34 pays membres d'afficher un degré d'exactitude de 80% à 8 à 9 jours actuellement.

Changement de modèle économique

À l'heure actuelle, les différents centres météo dans le monde, réunis notamment au sein de l'Organisation mondiale de la météo, s'échangent leurs données pour établir leurs modèles prévisionnels. Gratuitement pour l'instant.

Mais il existe de plus en plus de pression pour monétiser ces données de base, notamment de la part des opérateurs de satellites qui les fournissent. "Le modèle participatif d'échange entre agences publiques est en train de changer pour une plus grande commercialisation", reconnaît Florence Radier. Notamment sous la pression aussi des nombreuses applications qui proposent des services météo en temps réel sur smartphones avec une précision de plus en plus grande.

Le résumé

  • Les prévisions météo nécessitent de plus en plus de puissance de calcul pour gagner en précision.
  • Le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme a revu son système informatique pour gagner 40% de temps de calcul.
  • Cette avancée lui permet d'afficher un degré de précision de 80% à huit jours.
  • Dans les quatre ans à venir, de nouveaux supercalculateurs pourront encore augmenter cette performance.

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