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La circulation atmosphérique est-elle périodique ?

Crédits : Wikimedia Commons.

Si l’on sait aujourd’hui que l’écoulement atmosphérique des moyennes latitudes n’est pas périodique, au sens où les phénomènes météorologiques ne se répètent jamais à l’identique, et ce, même de façon approximative, la question a toutefois interrogé par le passé. Elle a notamment fait l’objet de travaux pensant y trouver une méthode pour prévoir le temps : la technique dite des analogues qui a rapidement montré ses limites.

Bien que l’atmosphère soit organisée à grande échelle, elle n’en reste pas moins un fluide extraordinairement turbulent. De fait, le panel de combinaisons possibles pour le placement des anticyclones et des dépressions, fréquemment appelés centres d’action, présente une richesse extraordinaire.

Cependant, il arrive que certaines situations se répètent avec une similarité déconcertante, un peu comme si l’atmosphère était en manque d’inspiration. Sur l’exemple présenté ci-dessous, on observe une ressemblance frappante entre les configurations météorologiques d’octobre 2019 (haut) et de novembre 1991 (bas) sur l’est de l’Amérique du Nord.

circulation atmosphérique
Trente-huit années séparent ces danses tourbillonnaires ressemblantes. Crédits : @StuOstro.

La circulation atmosphérique extratropicale a-t-elle un comportement périodique ?

De nos jours, ce genre de similitude relève de la simple anecdote. Toutefois, au cours du vingtième siècle, l’hypothèse selon laquelle la circulation atmosphérique des moyennes latitudes pouvait être périodique a été étudiée avec intérêt. Plus précisément, on se demandait si le film des situations rencontrées se répétait au bout d’un certain intervalle de temps. Il va sans dire qu’un tel comportement aurait grandement facilité la prévision, en particulier à l’heure où les puissants calculateurs n’étaient pas encore disponibles.

Comportement non périodique d’une variable telle qu’obtenue par la fameuse expérience de Lorenz en 1963 utilisant un modèle très simplifié de convection atmosphérique. Crédits : logicaltightrope.wordpress.com.

Cependant, les travaux ont fini par montrer qu’il n’en était rien et que des configurations proches les unes des autres n’évoluaient jamais vraiment de la même façon. Par exemple, malgré la similarité entre les deux instantanés présentés plus haut, les situations météorologiques qui ont suivi furent sensiblement différentes. Ainsi, toute application opérationnelle basée sur ce principe, comme la fameuse technique des analogues, fut vouée à l’échec.

En résumé, la nature turbulente de l’air ne permet pas à des situations approximativement similaires de déboucher sur des évolutions approximativement similaires. Dit d’une manière plus poétique, c’est l’effet papillon, emblème de la théorie du chaos. Les météorologues ont donc dû développer des stratagèmes pour contourner autant que faire se peut cette difficulté. La recherche sur les questions relatives à la prévisibilité se poursuit encore activement de nos jours.

Source : Incertitudes sur le climat, K. Laval (2013).