Prévisions probabilistes et protection civile: Une intervention ciblée et efficace grâce à des avis sans discontinuité

Les prévisions météorologiques s’associent à une incertitude intrinsèque en raison de la nature chaotique de l'atmosphère et des limites des modèles de prévision du temps. Les systèmes de prévision d’ensemble sont largement utilisés dans le secteur de la météorologie pour quantifier ces incertitudes, mais, jusqu’à récemment, celles-ci n'étaient pas communiquées à l'utilisateur final. Or, connaître les incertitudes pourrait sensiblement améliorer la prise des décisions pour lesquelles le facteur temps est essentiel pour les organismes de protection civile ou d’autres parties prenantes, en particulier si l’information est adaptée à leurs besoins et formulée selon leur terminologie. Grâce à une collaboration pluridisciplinaire et transsectorielle entre les services météorologiques et les utilisateurs finals, c’est précisément ce que le projet PROFORCE a apporté. Il a permis une sensibilisation aux conséquences potentielles des phénomènes extrêmes au sein du secteur de la protection civile.

Un système de prévision probabiliste sans discontinuité

PROFORCE a été lancé en décembre 2013 pour durer deux ans. Le projet a été cofinancé par le Service de la Commission européenne à l’aide humanitaire et à la protection civile (ECHO) et dirigé par le Service météorologique autrichien (ZAMG). Fondé sur une coopération transnationale entre les services météorologiques nationaux autrichiens et hongrois (respectivement ZAMG et OMSZ) et des partenaires de la protection civile de Basse-Autriche comme du comitat de Somogy, PROFORCE vise à améliorer la capacité d’intervention et la prise de décision dans les organismes de protection civile en érigeant un système novateur de prévision probabiliste sans discontinuité.

Le système de prévision sans discontinuité PROFORCE a pour principale caractéristique sa nature probabiliste: il comporte des informations sur l’incertitude et la prévisibilité des phénomènes météorologiques dangereux. Les organismes de protection civile devraient pouvoir le mettre à profit pour optimiser leur processus de prise de décisions grâce à une meilleure capacité d’intervention et une meilleure connaissance des risques, afin de mieux protéger la société et l’environnement des conséquences des phénomènes dangereux.

Les prévisions probabilistes sans discontinuité de PROFORCE reposent sur quatre piliers:

Le système de prévision d’ensemble du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), pour les prévisions à moyen terme et à l'échelle synoptique;
Le système de prévision d’ensemble du modèle à domaine limité d’Europe centrale ALADIN-LAEF pour la région (et ALADIN-HUNEPS pour la Hongrie);
Le système de prévision d’ensemble du modèle français AROME d’application de la recherche à l’opérationnel à méso-échelle, qui fournit des prévisions jusqu’à 30 heures à l’avance en se focalisant sur la convection;
Le système d'analyse à haute résolution pour la prévision immédiate intégrée (INCA), qui fournit des informations aux organismes de protection civile leur permettant de prendre des décisions plus éclairées face à un risque de catastrophe imminent.

Chacun des systèmes apporte sa propre contribution au produit final en fonction de la nature du phénomène météorologique prévu (convectif ou à grande échelle) et de la portée de la prévision. En supposant que chaque système produise les meilleurs résultats disponibles pour l’échelle de temps qui lui revient, on utilise pour chaque intervalle de temps de la prévision les données du système correspondant, ce qui garantit l’absence de discontinuité dans la prévision. Ainsi, à mesure que le phénomène extrême se rapproche, les prévisions et les avis s’améliorent. Les décalages dans les intervalles temporels résultant de l’utilisation de modèles de référence différents sont reflétés dans le produit final, car les agents de protection civile participant au projet PROFORCE ont été formés pour gérer ces incertitudes.

Avis sans discontinuité → actions sans discontinuité

Les informations sans discontinuité communiquées par les météorologues et les mesures que prennent les employés de la protection civile s’articulent comme suit:

Alerte préalable et planification – Le système de prévision d’ensemble du CEPMMT indique que la probabilité d’un phénomène météorologique extrême est élevée et lance une première alerte préalable aux organes de protection civile, qui engagent la phase «planification» et prennent de premières mesures, telles que l’établissement de tableaux de service.

Avis plus particulier et préparation – Deux ou trois jours avant le phénomène potentiel, le prochain système de prévision d’ensemble (EPS) de la chaîne émet des prévisions plus précises sur le lieu et l’heure où il pourrait se manifester. Il peut donc donner un avis plus précis, permettant au personnel de protection civile d’engager la phase «préparation» pour prendre de nouvelles mesures, telles que la mobilisation de plus d’équipements et de personnel. Un jour plus tard, un système de prévision de la convection fournit plus de détails, en particulier sur les régions au relief complexe telles que les Alpes.

Prévision immédiate et intervention – Enfin, les données de l’EPS relative aux prévisions immédiates offrent l’image la plus exacte des conditions météorologiques extrêmes, de sorte que des décisions définitives peuvent être prises. Le personnel de protection civile entre dans la troisième phase, celle de l’intervention, où il met en place les plans définitifs (notamment en concentrant les activités opérationnelles sur les principales régions menacées). L’approche de la prévision immédiate est surtout importante pour les phénomènes convectifs de la saison estivale, qui se caractérisent par une haute variabilité spatiale et temporelle. Aussi le modèle de prévision immédiate INCA Ensemble est-il actionné toutes les heures, alors que d’autres modèles – AROME EPS, ALADIN-LAEF et ECMWF EPS – ne sont réactualisés que toutes les douze heures. En Hongrie, le modèle ALADIN-HUNEPS n’est réactualisé que toutes les 24 heures.

Création de portails Web

Les météorologues et le personnel de protection civile ont collaboré pour créer des séries pertinentes de données météorologiques offrant une image claire et simple des prévisions afin de faciliter la prise de décision. Les partenaires de la protection civile ont tout d’abord défini des seuils raisonnables pour les paramètres météorologiques clés: vitesse du vent, précipitation et température. Ces seuils différaient considérablement dans les deux pays. Par exemple, une rafale de vent soufflant à 60 km/h est un phénomène normal et fréquent dans les régions montagneuses d’Autriche, mais constitue un grave risque pour la région extrêmement vulnérable du lac Balaton (Hongrie), où de nombreuses activités sportives sont pratiquées en été. Deux portails Web distincts ont donc été créés, un par pays, avec des dispositifs de visualisation et des seuils différents.

Sur les sites Web, les prévisions sont présentées de manière à sembler être communiquées sans discontinuité: les données provenant de sources à moyenne et basse résolution sont remplacées automatiquement par des prévisions à haute résolution à plus courte échéance. Les utilisateurs n’ont donc pas besoin de déterminer quel est le modèle EPS concerné. Chacun des produits des systèmes EPS se visualise sur une carte de probabilités indiquant le risque que certains seuils soient dépassés et offrant, pour des lieux présélectionnés, des points corrélés à des météogrammes ou des panaches. Les cartes de probabilités du portail autrichien s’accompagnent d’éléments graphiques illustrant le niveau de menace selon le code des couleurs des signaux du trafic routier: vert, jaune, orange et rouge, par ordre croissant de menaces.

Les informations de prévision probabiliste en continu sont traitées et visualisées, puis postées sur un portail Web spécialement conçu, accessible aux responsables de la protection civile et de la gestion des catastrophes (exemple tiré du portail Web de l’Autriche)

Un indice de menace planétaire a été créé pour que les autorités de protection civile puissent obtenir des informations générales immédiatement en se connectant sur le portail Web. Il prend en compte la probabilité d’un phénomène, la gravité (l’intensité) du risque et l’échéance, sachant qu’une prévision à plus long terme s’associe en général à davantage d’incertitude. Ainsi, un avertissement «jaune» une semaine à l’avance ne devrait pas causer de panique, mais un avertissement «rouge» pour le lendemain devrait donner l’alarme.

Formation et expérience concrète

La coopération interdisciplinaire entre météorologues et organes de protection civile a été un facteur décisif du succès de PROFORCE. Le personnel de ces organes a dû se familiariser avec les prévisions probabilistes pour tirer le maximum de profit du portail Web. Des sessions de formation dans les deux pays ont contribué à renforcer la coopération transnationale, et les retours sur les informations probabilistes donnés par les organes de protection civile ont permis aux concepteurs de modèles d’améliorer leurs EPS.

Le système a été minutieusement testé au cours de phénomènes extrêmes dans les régions pilotes de la Basse-Autriche et dans le comitat de Somogy au cours de l’exécution du projet (décembre 2013 – novembre 2015). Le retour donné par les utilisateurs finals et les bénéficiaires a en général été très positif et il a été confirmé que le système pouvait être exploité par les organes de protection civile. Les mesures de prévention et de planification d’intervention ont pu être prises beaucoup plus tôt et de manière plus ciblée que ne l’auraient permis les prévisions météorologiques déterministes classiques.

La tempête Niklas (30 mars – 2 avril 2015) est un bon exemple. Plus de sept jours avant son passage, l’EPS du CEPMMT a signalé une haute probabilité de rafales de vent dépassant les valeurs limites sur une importante partie de l’Autriche. Lorsqu’une configuration météorologique extrême apparaît pour la première fois dans les systèmes de prévision d’ensemble mondial, il est nécessaire de vérifier en continu la cohérence des informations relatives à sa progression et à son intensité d’une prévision à la suivante. De premiers avis d’alerte préalable ont ainsi pu être lancés dans les régions concernées cinq jours avant que le phénomène ne commence. Trois jours avant le phénomène, l’EPS haute résolution indiquait une très forte probabilité de rafales au-dessus de 80 km/h (niveau 2) et une forte probabilité de rafales supérieures à 100 km/h (niveau 3, le niveau d’alerte le plus élevé). Finalement, la vitesse maximale des rafales enregistrées dans les stations météorologiques de basse altitude était de 121 km/h à Enns (Haute-Autriche). Les informations supplémentaires concernant la fiabilité et l’incertitude du nouveau système ont permis d’évaluer plus facilement la situation, mais l’EPS pour les prévisions immédiates n’a pas apporté d’améliorations. Les performances ont été testées sur la base d’une comparaison entre les avertissements et les cartes de déploiement des organes de protection civile. Une corrélation élevée a été observée entre la densité des interventions de la protection civile et les zones mises en évidence par les produits de prévision des EPS, en particulier pour les tempêtes ou crues de grande envergure.

Combinaison du risque, de la probabilité et du délai permettant de définir un niveau commun de menace.

Au Centre hongrois de gestion des catastrophes, le système de prévision probabiliste a été utilisé dans la perspective de plusieurs compétitions dans la région du lac Balaton pendant les étés 2014 et 2015, notamment pour la Coupe du ruban bleu et pour la traversée du lac Balaton à la nage. Pour cette dernière, l’information de l’EPS s’est avérée utile lorsqu’il s’est agi de décider s’il convenait de reporter la course. Les activités au lac Balaton sont exposées à des variations subites du temps, qui peuvent parfois être très localisées. L’expérience acquise avec PROFORCE montre que, si les techniques de prévision immédiate peuvent améliorer la prévisibilité de ces changements, de nouveaux perfectionnements restent nécessaires, en particulier pour les prévisions à très court terme.

Une coopération qui va perdurer

PROFORCE a été un projet stimulant, qui avait deux buts fondamentaux. Le premier était de jeter un pont entre la communauté de la prévision (qui suit les évolutions du temps et connaît les forces et les faiblesses de chaque modèle) et la communauté de la protection civile (qui se concentre sur les impacts des phénomènes météorologiques extrêmes). Permettre à ces deux groupes de se comprendre n’allait pas de soi.

Le second but était de favoriser la gestion des probabilités. Bien qu’ils aient une notion tout à fait claire de ce qu’est la recherche en météorologie et en climatologie, les autorités de protection civile et, dans une moindre mesure, les prévisionnistes ne font que commencer à apprendre à gérer les probabilités et à s’y fier. Le personnel de protection civile devra suivre des cours de formation réguliers pour pouvoir appliquer avec plus d’assurance le concept de prévision probabiliste quand il s’agit de décider s’il convient d’apporter de l’aide ou d’annuler un événement d’envergure.

Il convient de souligner que le système EPS sans discontinuité ne remplace pas complètement les avertissements standard émis par le centre de prévision, qui prend également en compte d'autres résultats de modèles de prévision numérique du temps. Ce système vise avant tout à fournir des informations et détails supplémentaires sur la répartition spatiale et l’intensité des paramètres météorologiques.

Enfin, toutes les personnes de la chaîne d’alertes, des autorités officielles au grand public en passant par les parties prenantes locales, peuvent profiter de ce projet. Les changements de temps constituent toujours un nouveau défi pour les météorologues comme pour les experts de la protection civile. Le projet PROFORCE a certes déjà pris fin, mais la coopération transrégionale et interdisciplinaire qu’il a instaurée va assurément perdurer encore longtemps.

Image composite HRV et infrarouge de Meteosat (MSG) montrant la situation durant la traversée du lac Balaton à la nage, le 19 juillet 2014.

Prévision de probabilité du Système de prévision d’ensemble du CEPMMT; l’énergie convective potentielle disponible (CAPE) dépasse 100 J/kg à gauche (possibilité d’averse ou de faible orage) et le seuil de 300 J/kg à droite (possibilité d’orage ordinaire).

Remerciements

Les auteurs remercient tous les collègues qui ont contribué au projet PROFORCE. Leur gratitude va en particulier aux membres du Groupe consultatif scientifique: Fritz Neuwirth, Matthias Steiner, Siegfried Jachs, Jianjii Wang, Simon Jackson et Alice Soares. Ils remercient également György Heizler (DMDSC) et Johann Dantinger (NOEL-CP) pour tous les documents et toutes les informations qu’ils leur ont fournis. La mise en œuvre du projet PROFORCE a été cofinancée à hauteur de 75 % par le Service de la Commission européenne à l’aide humanitaire et à la protection civile (ECHO).

Authors

Clemens Wastl, Yong Wang, Martin Kulmer, Andrea Sigl, Department of Forecasting Models, Zentralanstalt für Meterologie und Geodynamik (ZAMG), Autriche

Andre Simon, Service météorologique hongrois (OMSZ), Hongrie