Chapitre 10 sur 17 · L'eau et le temps qu'il fait
Chapitre 9. Mesurer le temps qu'il fait
Les grandeurs que l'on relève, les instruments qui les mesurent, les conditions qui rendent une mesure comparable, et comment tenir un carnet météo.
Deux thermomètres, deux réponses, et une seule bonne
Posez un thermomètre au soleil sur un rebord de fenêtre et un autre à l'ombre, dans la même cour, à la même heure. Les deux sont exacts, aucun n'est cassé, et pourtant ils n'annoncent pas la même chose. Lequel donne la température de l'air ? La question paraît triviale ; elle est le sujet entier de ce chapitre.
Mesurer n'est pas seulement lire un nombre sur un appareil. C'est lire un nombre dans des conditions telles que ce nombre veuille dire quelque chose pour quelqu'un d'autre, ailleurs, plus tard. Sans conditions communes, deux relevés ne se comparent pas, et une mesure incomparable n'est pas une donnée : c'est une anecdote.
Météo-France l'énonce sans détour : « les mesures réalisées par les services météorologiques respectent des normes définies par l'Organisation météorologique mondiale ». Et le service ajoute la raison, qui est la seule qui vaille : réalisées dans des conditions identiques partout dans le monde, ces observations peuvent ainsi être échangées et comparées. Ce chapitre installe donc les grandeurs, les instruments, et surtout les conditions.
Les objectifs de ce chapitre
Chacun s'observe. À la fin du chapitre, ou bien vous le faites, ou bien vous savez quelle section relire.
- Nommer les grandeurs relevées par une station météorologique et l'instrument qui mesure chacune.
- Énoncer les conditions normalisées de mesure de la température de l'air.
- Expliquer pourquoi une mesure sans conditions communes ne se compare à rien.
- Nommer la direction d'un vent selon la convention des services météorologiques.
- Tenir un carnet météo pendant plusieurs semaines, avec une entrée datée par jour et des colonnes fixes.
Ce que ce chapitre suppose déjà acquis
Trois prérequis, installés par les chapitres précédents de ce volume : l'humidité de l'air d'une part, les genres de nuages et les trois étages d'autre part, car le carnet de relevés en demande le nom, et enfin la mesure d'une hauteur de pluie.
La température de l'air, et l'abri qui la rend mesurable
Reprenons les deux thermomètres. Celui qui est au soleil ne mesure pas la température de l'air : il mesure sa propre température, qui dépend du rayonnement qu'il reçoit. Un objet noir placé au même endroit monterait encore davantage. Le nombre lu est parfaitement exact pour cet objet-là, et il ne dit rien de l'air autour.
Météo-France précise ce que le mot température désigne : « en météorologie, la température désigne la température de l'air lorsqu'on ne donne pas de précision supplémentaire ». Et il donne les conditions exactes : « la mesure est effectuée à 1,5 m du sol, dans un abri météorologique blanc et ajouré, permettant la circulation de l'air ».
Chaque mot de cette phrase répond à une objection. À 1,5 mètre du sol, parce que la température varie beaucoup avec la hauteur : le sol chauffe et refroidit plus vite que l'air, et une mesure au ras du sol serait toujours plus extrême. Dans un abri, pour protéger le capteur des précipitations et du rayonnement, du Soleil comme de celui que renvoie le sol. Blanc, parce que le blanc renvoie la lumière au lieu de l'absorber. Ajouré, parce qu'un abri fermé finirait par se réchauffer et mesurerait l'air de sa propre boîte.
Retenez le principe général derrière cette liste : une condition de mesure n'est jamais une formalité. Chacune répare une façon précise de se tromper, et c'est en connaissant la façon de se tromper qu'on retient la condition.
Le vent : deux paramètres, deux instruments, une convention
Météo-France définit le vent comme « le mouvement horizontal de l'air ». Il naît des différences de pression : l'air va des zones de haute pression, les anticyclones, vers les zones de basse pression, les dépressions. Plus les lignes d'égale pression sont resserrées, plus le vent est fort.
Toujours selon Météo-France, sa mesure comprend deux paramètres, et il faut les deux : sa direction et sa vitesse. La vitesse s'exprime en kilomètres par heure, en mètres par seconde ou en nœuds, un nœud valant 1,852 kilomètre par heure.
Deux instruments se partagent ces deux paramètres, et ce volume emploie leurs noms d'usage : la girouette, qui indique la direction, et l'anémomètre, qui donne la vitesse. Une girouette n'est rien d'autre qu'une palette libre de tourner autour d'un axe vertical ; elle se place d'elle-même dans le lit du vent. Un anémomètre est le plus souvent une roue de coupelles que le vent entraîne, et dont on compte les tours.
Voici maintenant la convention, et elle est la source d'une confusion permanente : un vent est nommé par la direction D'OÙ IL VIENT, jamais par celle vers laquelle il va. Un vent d'ouest vient de l'ouest et se dirige vers l'est. Un vent du nord vient du nord. La girouette pointe donc vers l'origine du vent. Cette convention est celle des services météorologiques, et ce volume la donne comme telle : elle n'est pas une propriété de la nature, c'est un accord de langage, et c'est justement pour cela qu'il faut l'apprendre au lieu de la deviner.
Un dernier point, souvent ignoré, explique pourquoi deux relevés de vent peuvent différer sans que personne se trompe : une mesure de vent est toujours une moyenne sur une durée. Météo-France distingue le vent instantané, mesuré sur trois secondes, et le vent moyen, calculé sur dix minutes. Une rafale et un vent moyen ne décrivent pas le même phénomène, et les comparer n'a pas de sens.
| Grandeur | Instrument | Unité | La condition qui rend la mesure comparable |
|---|---|---|---|
| Température de l'air | Thermomètre | Degré Celsius | À 1,5 m du sol, dans un abri blanc et ajouré qui laisse circuler l'air. |
| Hauteur de précipitation | Pluviomètre | Millimètre, égal à un litre par mètre carré | Parois droites, emplacement dégagé loin des murs et des arbres, vidage après chaque relevé. |
| Direction du vent | Girouette | Point cardinal ou degré | Nommée d'où le vent VIENT ; à l'écart de tout obstacle qui dévierait l'air. |
| Vitesse du vent | Anémomètre | Kilomètre par heure, mètre par seconde ou nœud | Toujours une moyenne sur une durée déclarée : trois secondes pour l'instantané, dix minutes pour le moyen. |
| Humidité relative | Hygromètre | Pourcentage | Dans le même abri que le thermomètre, puisqu'elle dépend de la température. |
| Pression atmosphérique | Baromètre | Hectopascal | Ramenée au niveau de la mer pour être comparable, la pression diminuant avec l'altitude. |
| Nébulosité | L'œil de l'observateur | Part de ciel couverte, sur huit | Depuis un point dégagé, à heure fixe, sur l'ensemble du ciel visible. |
Les mots à retenir
Quatre mots, dont deux qui décrivent une situation de pression et deux qui décrivent une pratique de mesure.
- L'anticyclone et la dépression
- Une zone de haute pression et une zone de basse pression. L'air va de la première vers la seconde, et c'est cette circulation qui constitue le vent.
- L'abri météorologique
- Le boîtier blanc et ajouré, placé à 1,5 mètre du sol, dans lequel se font les mesures de température et d'humidité. Il protège le capteur du rayonnement et des précipitations tout en laissant l'air circuler.
- Une condition normalisée
- Une règle de mesure identique partout, définie par l'Organisation météorologique mondiale, et qui existe pour qu'une observation faite ici soit comparable à une observation faite ailleurs.
- La nébulosité
- La part du ciel couverte par les nuages, estimée à l'œil et exprimée en huitièmes. Zéro sur huit est un ciel entièrement dégagé, huit sur huit un ciel entièrement couvert.
Le piège de ce chapitre : croire qu'un instrument plus précis corrige un mauvais emplacement. C'est faux, et c'est même l'inverse. Un thermomètre au dixième de degré posé en plein soleil donne une erreur de plusieurs degrés, mesurée avec une belle précision ; un thermomètre au degré près, correctement abrité, donne la bonne valeur à un degré près. La précision de l'instrument et la justesse de la mesure sont deux choses différentes, et c'est la seconde qui compte. Conséquence pratique pour un relevé fait chez soi : soignez d'abord l'emplacement et la régularité, ensuite seulement l'appareil.
Exemple travaillé. Diagnostiquer un relevé qui ne colle pas
Énoncé : « Un carnet tenu pendant un mois donne des températures systématiquement supérieures de quatre à six degrés à celles publiées pour la ville. Le thermomètre a été vérifié dans un mélange d'eau et de glace : il indique bien zéro degré. » Où est le problème ? Exemple entièrement guidé.
- Écarter l'hypothèse la plus tentante
On soupçonne d'abord l'instrument. Mais l'énoncé dit qu'il a été vérifié dans un mélange d'eau et de glace et qu'il indique zéro degré : il est donc juste. L'erreur n'est pas dans l'appareil. - Lire le signe de l'écart
L'écart est systématique et toujours dans le même sens : trop chaud, jamais trop froid. Un défaut aléatoire donnerait des écarts dans les deux sens. Un écart à sens unique désigne une cause permanente, donc une condition de mesure, pas un hasard. - Passer les conditions en revue
Les conditions sont connues : 1,5 mètre du sol, abri blanc, abri ajouré. Reprenons-les une à une en cherchant, pour chacune, si son non-respect réchaufferait la mesure. - Tester chaque condition
Trop près du sol : le sol chauffe le jour, donc oui, cela réchaufferait. Pas d'abri, exposition au Soleil : oui, très fortement. Abri sombre au lieu de blanc : oui. Abri fermé au lieu d'ajouré : oui. Contre un mur exposé au sud : oui, le mur rayonne sa chaleur. - Conclure sans trancher plus que les données ne permettent
Toutes les causes possibles vont dans le même sens, et l'énoncé ne dit pas laquelle est en jeu. La conclusion honnête est donc : le thermomètre est juste, l'emplacement ne respecte pas les conditions normalisées, et l'écart vient d'un apport de chaleur par rayonnement, direct ou renvoyé. - Le résultat, et le geste qui suit
Le relevé n'est pas faux, il est INCOMPARABLE : il décrit fidèlement un endroit particulier, pas la température de l'air de la ville. Le geste à faire est de déplacer le point de mesure, à 1,5 mètre du sol, à l'ombre toute la journée, à l'écart des murs, et de recommencer le carnet à zéro. On ne corrige pas après coup une série mal mesurée.
Expérience 9. Installer un coin de mesure et tenir un carnet
Ce qu'il faut : un thermomètre, le pluviomètre construit au chapitre 4, un ruban léger noué à un bâton pour servir de girouette, un cahier, une règle. SÉCURITÉ : cette expérience se fait avec l'accord d'un adulte, et l'adulte est présent. C'est l'adulte qui choisit l'emplacement, qui fixe le thermomètre et qui plante le bâton ; on ne monte sur rien, on ne fixe rien en hauteur, et on ne sort relever une mesure que quand l'adulte le dit. Un relevé se saute sans dommage : aucune mesure ne vaut de sortir par temps dangereux.
- Choisir l'emplacement avant tout le reste
Avec l'adulte, cherchez un endroit à l'ombre toute la journée, à l'écart des murs, loin d'une bouche d'aération et d'une fenêtre, et dégagé au-dessus. C'est le geste qui décide de la valeur de tout le carnet, et il se fait une fois pour toutes. - Placer le thermomètre à la bonne hauteur
L'adulte fixe le thermomètre à environ 1,5 mètre du sol, à l'ombre, de façon qu'il ne reçoive ni Soleil direct ni chaleur renvoyée par un mur. Si vous pouvez fabriquer un petit abri blanc et ajouré autour, c'est mieux ; si vous ne le pouvez pas, notez-le dans le carnet plutôt que de faire comme si. - Poser le pluviomètre et la girouette
Le pluviomètre va au sol, à découvert, calé par des cailloux, comme au chapitre 4. Le bâton à ruban se plante à côté, dégagé : le ruban part dans la direction VERS laquelle le vent souffle, il faut donc lire la direction opposée pour nommer le vent. - Tracer le carnet, une fois pour toutes
Faites un tableau avec toujours les mêmes colonnes : la date, l'heure, la température, la hauteur de pluie depuis le dernier relevé, la direction du vent, la nébulosité sur huit, le genre de nuage dominant. Une colonne ajoutée en cours de route casse la série. - Relever à heure fixe, tous les jours
Choisissez une heure et n'en changez plus. Une série de trente relevés faits à la même heure vaut mieux que cinquante relevés faits n'importe quand. Notez aussi les jours où vous n'avez pas relevé, et pourquoi : un trou signalé est une donnée, un trou caché est une erreur. - Comparer avec une source publique
Une fois par semaine, comparez votre relevé de température avec celui publié pour votre commune. Un écart de un ou deux degrés est normal. Un écart systématique et toujours dans le même sens désigne une condition de mesure à corriger, comme dans l'exemple travaillé ci-dessus. - Lire la série au bout d'un mois
Additionnez les hauteurs de pluie, cherchez la température la plus haute et la plus basse, et comptez les jours par direction de vent dominante. Vous saurez alors des choses que personne ne peut deviner sans avoir mesuré, et c'est cela, une donnée.
Juger un relevé, en trois gestes
- Étape 1
Demandez d'abord où la mesure a été faite, et non avec quel appareil : l'emplacement produit des erreurs bien plus grandes que l'instrument.
- Étape 2
Demandez ensuite sur quelle durée elle porte, surtout pour le vent : une valeur instantanée et une moyenne ne se comparent pas.
- Étape 3
Demandez enfin si la série est complète et régulière : une série trouée ou faite à des heures variables ne permet aucune comparaison dans le temps.
Ce qu'il faut retenir de ce chapitre
- Une mesure n'a de valeur que si ses conditions sont communes : c'est ce qui permet d'échanger et de comparer des observations dans le monde entier.
- La température de l'air se mesure à 1,5 mètre du sol, dans un abri blanc et ajouré qui laisse circuler l'air.
- Le vent est le mouvement horizontal de l'air ; il va des anticyclones vers les dépressions et se mesure en direction, par une girouette, et en vitesse, par un anémomètre.
- Un vent est nommé par la direction d'où il vient, jamais par celle vers laquelle il va.
- Une vitesse de vent est toujours une moyenne sur une durée : trois secondes pour l'instantané, dix minutes pour le moyen.
- La justesse d'une mesure dépend d'abord de l'emplacement, et seulement ensuite de la précision de l'instrument.
Auto-évaluation du chapitre 9
Répondez par écrit, avec les seules connaissances données par ce volume jusqu'ici. Le corrigé est regroupé en fin de volume.
- Énoncez les conditions normalisées de mesure de la température de l'air, et dites pour chacune l'erreur qu'elle répare. Nommez ensuite les autres grandeurs qu'une station relève, avec l'instrument qui mesure chacune.
- Un bulletin annonce un vent d'est. Quelle façade d'un bâtiment le vent frappe-t-il, et laquelle reste abritée ? Justifiez par la convention.
- Une station annonce 45 km/h et une autre 90 km/h au même moment, au même endroit, et aucune ne se trompe. Comment est-ce possible ?
- Pourquoi un thermomètre très précis posé en plein soleil est-il moins utile qu'un thermomètre grossier correctement abrité ?
- Vous relevez la température tous les jours, mais tantôt à sept heures, tantôt à quinze heures. Que pouvez-vous encore conclure de votre série, et que ne pouvez-vous plus en conclure ?