L'exploration de l'atmosphère au XIXe siècle grâce au cerf-volant
Les premières explorations verticales de l'atmosphère, pour comprendre sa nature et sa structure, sont réalisées grâce au cerf-volant. Le cerf-volant, emportant des instruments enregistreurs, est utilisé pour les mesures météorologiques en atmosphère libre dès la fin du XIXe siècle. Léon Teisserenc de Bort, lors de ses premières explorations de l'atmosphère basse, utilise le cerf-volant d'Hargrave à l'observatoire de Trappes. Par rapport au ballon, le cerf-volant présente un coût moins élevé.
Le cerf-volant d'Hargrave.
© Météo-France
Les essais de Léon Teisserenc de Bort avec les cerfs-volants à Trappes
Léon Teisserenc de Bort (1855-1913) commence à explorer l'atmosphère en 1896, dans l'observatoire privé de météorologie qu'il vient de créer sur ses fonds propres à Trappes. L'observatoire de Trappes, qu’il a légué après sa mort à l’État, est encore aujourd'hui occupé par Météo-France.
Léon Teisserenc de Bort (au centre) derrière le treuil électrique à cerfs-volants de Trappes.
© Météo-France
Les premières observations de température et d'humidité en atmosphère libre
Les cerfs-volants ont fourni les premières observations cohérentes de l'atmosphère. Les ascensions atteignent couramment des hauteurs de 3 000 à 4 000 mètres mais ne dépassent guère 5 000 mètres. Le 9 janvier 1901, le cerf-volant lancé à l'observatoire de Trappes atteint 3 545 mètres, et mesure un minimum de température de -15,7°C.
Premières observations en altitude issues de lancers de cerfs-volants à Trappes, 9 janvier 1901.
© Météo-France
L'invention du météorographe, ancêtre de la radiosonde, en 1892
Le météorographe, fabriqué dès 1892 par Jules Richard, est un enregistreur destiné à être emporté par un ballon-sonde, un ballon captif ou un cerf-volant dans l'atmosphère. Il mesure, lors de son ascension, la température, la pression et l'humidité de l'air. L'encre gelant à haute altitude, les paramètres mesurés sont inscrits à l'aide de stylets sur une feuille d'aluminium qui recouvre le cylindre tournant, préalablement enduite de noir de fumée.
Le météorographe Teisserenc de Bort.
© Frédéric Périn, Météo-France
Le début des lancers de ballons-sondes à Trappes en 1898
Léon Teisserenc de Bort se consacre à l'étude de l'atmosphère libre et en particulier à la distribution verticale de la température. Pour atteindre des hauteurs plus élevées qu'avec les cerfs-volants, il lance un grand nombre de ballons-sondes à partir de mars 1898 (58 ballons-sondes lancés à l’observatoire de Trappes de mars 1898 à février 1899). Ces ballons-sondes lui permettent de découvrir la stratosphère, couche de l'atmosphère au-dessus de la tropopause.
Résumé des ballons-sondes lancés depuis Trappes entre 17 mars 1898 et le 14 février 1899.
© Météo-France
La participation de l'observatoire de Trappes aux Ascensions internationales simultanées
La Commission internationale d'aérostation scientifique, créée en 1896, organise jusqu'en 1912 des observations simultanées en atmosphère libre avec des ballons montés (ballon avec passagers) et des ballons-sondes dans différentes stations en Europe. L'observatoire de Trappes participe activement à ces ascensions internationales simultanées à partir de juin 1898 en lâchant des ballons-sondes en papier, gonflés à l'hydrogène et équipés d'enregistreurs de température et de pression.
Lancer de ballon-sonde par l'observatoire de Trappes pour l'Ascension internationale du 6 décembre 1900.
© Météo-France
Premiers sondages aérologiques dans les stations du front en 1916
En 1916, le Service météorologique aux armées crée un réseau de stations météorologiques sur le front, chargées des observations météorologiques et de la prévision du temps pour les prochaines 24 heures. Le registre tenu par le chef de la station de Malzéville, Reboul, renseigne sur les sondages aérologiques (vitesse et direction de vent) effectués sur place et ceux d'autres stations du front communiqués téléphoniquement.
Sondages aérologiques à la station de Malzéville, 1er décembre 1916.
© Météo-France
De nouveaux instruments pendant la Grande Guerre : le ballon gonflé à l'hydrogène
De nouveaux instruments d'observations météorologiques sont développés pour répondre aux besoins de l'armée pendant la Grande Guerre. Le sondage aérologique se fait à partir d'un petit ballon gonflé à l'hydrogène qu'on lâche ensuite dans l'atmosphère et qu'on suit depuis le sol avec un théodolite.
Gonflage d'un ballon pour un sondage météorologique à Fublaines (Seine-et-Marne), 1918.
© Archives municipales de Toulouse
De nouveaux instruments pendant la Grande Guerre : le théodolite
En 1916, des détachements du Service météorologique aux armées sont équipés d'un théodolite de sondage, utilisé au sol pour les sondages de vent en altitude. Cet instrument, spécialement adapté à la météorologie, permet de suivre et de relever les différentes positions du ballon depuis le sol.
Suivi d'un ballon-pilote par Raoul Berthelé à l'aide d'un théodolite à Dugny, 1917.
© Archives municipales de Toulouse
1916-1931 : utilisation du théodolite d'Henri Morin
Le théodolite de sondage fabriqué par Henri Morin est utilisé dans tous les postes aérologiques de l'Office national météorologique avant 1932. Ce théodolite optique permet de suivre le ballon monté en altitude pour déterminer la vitesse moyenne et la direction du vent aux différentes altitudes, par tranches d'altitude de 100 mètres environ.
Théodolite de sondage pilote, type ancien, modèle Morin.
© Frédéric Périn, Météo-France
La généralisation des sondages aérologiques à partir de 1920
L'Office national météorologique, créé en novembre 1920, dispose à ses débuts de six stations régionales et de vingt-six postes météorologiques. Essentiellement pour les besoins de l'aviation, il généralise rapidement les sondages réguliers de vent en altitude dans les stations et les postes météorologiques. En 1924, l'Office reçoit des observations de vent en altitude de soixante-trois postes répartis sur la France.
Tableau des sondages aérologiques à Toulouse-Francazal, 25 juillet 1921.
© Météo-France/Archives nationales
1922 : recherches sur le profil de la température en atmosphère libre
En 1922, l'observatoire de Trappes continue ses recherches sur le profil vertical de la température et la composante ascensionnelle du vent en atmosphère libre. Les lancers de ballons-sondes des 12 jours internationaux de l'année 1922 sont documentés : diagramme des enregistreurs, résultats du dépouillement, situation météorologique et conditions de lancement.
Ballons-sondes lancés à l'observatoire de Trappes en 1922.
© Météo-France
Des tableaux de sondages vent standardisés dès 1923 dans le compte rendu quotidien
À partir de mai 1923, l'Office national météorologique impose à toutes les stations d’État un formulaire pré-imprimé de quatre pages, le compte rendu quotidien, sur lequel doivent être notées toutes les observations météorologiques du jour. Le tableau de sondages aérologiques, en quatrième page du compte rendu, est standardisé pour la première fois. Le compte rendu quotidien sera rempli chaque jour par toutes les stations jusqu'en 1995.
Tableau des sondages aérologiques du compte rendu quotidien de Rochefort-sur-Mer, 6 janvier 1925.
© Météo-France/Archives nationales
1929 : le premier radiosondage de température
Les sondages aérologiques par ballon pilote ne mesurent que la vitesse et la direction du vent en altitude. Il faut attendre l'invention du radiosondage, en 1929, pour pouvoir mesurer la température. Le premier radiosondage de température est lâché par Robert Bureau, le 17 janvier 1929, à Trappes. La photographie montre Pierre Idrac, responsable de l'observatoire de Trappes, inventeur du premier émetteur radio et co-inventeur de la radiosonde, devant le hangar de gonflage du ballon, avec deux collègues, au moment du lancer de la radiosonde.
Lâcher de radiosonde à l'observatoire de Trappes au début des années 1930.
© Météo-France/Archives nationales
1945 : création d'un réseau de stations de radiosondages
À la fin de la guerre, l'Office national météorologique organise un réseau de stations de radiosondages pour la France métropolitaine. En 1945, un nouveau formulaire destiné à rendre compte des résultats de radiosondages prévoit l'inscription des observations de température, d'humidité et de pression pour les niveaux de pression et de température standard et pour des altitudes remarquables.
Tableau des résultats du radiosondage de Bordeaux du 15 juin 1945.
© Météo-France
1957 : Année Géophysique Internationale (AGI)
Dans le cadre de l'AGI, un ensemble de recherches coordonnées à l’échelle mondiale est mené du 1er juillet 1957 au 31 décembre 1958. Dans les stations météorologiques, deux sondages de température, jusqu’à une altitude de 20 kilomètres, sont effectués chaque jour ainsi que quatre sondages de vent. Pour les soixante-huit jours mondiaux sélectionnés, le nombre de sondages de température est porté à quatre et l’altitude maximale requise à 30 kilomètres.
Tableau de quatre sondages vent au Lamentin (Martinique), 2 septembre 1957.
© Météo-France
Des mesures de radiosondages toujours pratiquées en 2015
Le radiosondage est encore aujourd’hui le système de référence pour des applications comme le suivi du climat, le calibrage des satellites, le calage et le contrôle de la prévision numérique ou la validation d’autres systèmes de mesure. En 2015, Météo-France dispose d'un réseau de radiosondages constitué de cinq stations en France métropolitaine et de dix stations en outre-mer, parfois équipées d'un système automatique.
Station de radiosondage automatique à Bordeaux en 2014.
© Pascal Taburet, Météo-France