Pour l'organisation de grands événements en plein air, les alertes d’orages violents et de grêle sont essentiels, et en cas de dommages, il faut des informations précises sur la grêle. En raison du changement climatique, de nombreuses questions se posent, comme par exemple celle de savoir s'il faut s’attendre à davantage ou moins de grêle à l’avenir. Mais comment peut-on mesurer la grêle ?
En météorologie, tout commence par la mesure. Avant de pouvoir établir une carte climatologique de la fréquence, une alerte ou une prévision de grêle, nous devons observer, mesurer et comprendre la grêle. Mais c'est là que cela se complique. Il n'est pas facile de construire un instrument qui mesure de manière fiable le nombre et la taille des grêlons. De plus, il nous faudrait fabriquer des milliers de ces instruments et les installer dans toute la Suisse pour pouvoir détecter la grêle sur l'ensemble du territoire.
Pourquoi en est-il ainsi ? Parce que la grêle est un phénomène très local. La largeur d'une chute de grêle n'est souvent que de quelques centaines de mètres, et de quelques kilomètres pour les orages plus importants. Où devons-nous donc installer l'instrument de mesure si nous ne savons pas à l'avance où la grêle va tomber ? La grêle n'est pas seulement de petite taille, elle est aussi de courte durée. Dans la plupart des cas, un seul épisode de grêle ne dure pas plus de quelques minutes à un endroit donné, parfois un peu plus longtemps.
L'instrument de mesure doit être prêt 24 heures sur 24 à compter et à mesurer les grêlons, pour autant qu'il grêle une fois à cet endroit, mais il restera là le reste du temps à ne rien mesurer. Il se peut qu'un oiseau passe par là et pique accidentellement sur la plaque de mesure.
Lorsque nous mesurons la grêle, nous ne voulons pas seulement savoir où et quand il grêle, mais aussi quelle est la taille des grêlons. La plupart du temps, ils sont petits, de la taille d'un grain de café ou d'une goutte de café. Lors d'orages violents, ils peuvent aussi être plus gros. A partir de deux centimètres, ils causent des dégâts aux véhicules, à partir de quatre centimètres aux bâtiments. Dans l'agriculture, la quantité de grains détermine également l'ampleur des dégâts.
Comme il n'existe pas d'instrument idéal pour mesurer la grêle sur l'ensemble du territoire, l'Office fédéral de météorologie et de climatologie MétéoSuisse poursuit ici une stratégie particulière. Le mot clé est la diversité. Cela signifie que quatre "instruments" différents sont utilisés simultanément : les radars météorologiques, les observations de la grêle par la population via l’application, un réseau de 80 capteurs automatiques de grêle et un drone équipé d'une caméra à haute résolution.
Chacun de ces quatre instruments a ses forces et ses faiblesses. Mais en tant qu'équipe, ils sont uniques au monde et fournissent à la Suisse des données uniques sur la grêle. Depuis peu, plus précisément depuis le 5 juin 2023, il y a même cinq "instruments", mais nous n'y reviendrons qu'à la fin.
Les cinq radars météorologiques suisses fournissent 7 jours sur 7 et 24 heures sur 24 une image tridimensionnelle détaillée des averses, des fronts pluvieux, des orages et des cellules de grêle pour toute la Suisse et les pays voisins. La force du radar réside dans sa haute résolution, sa disponibilité rapide et sa sensibilité sur de nombreux ordres de grandeur.
Les radars météorologiques suisses ont une résolution spatiale d'un kilomètre et une résolution temporelle de deux minutes et demie. Les données radar sont disponibles en moins de 60 secondes après la mesure. Le radar peut détecter toutes les formes de précipitations, depuis les signaux faibles d'une bruine à 240 kilomètres de distance jusqu'aux signaux les plus forts d'une cellule de grêle.
Le radar ne fournit toutefois pas une mesure directe des grêlons, mais une mesure indirecte. L'intensité et la structure verticale des échos radar permettent d'estimer la probabilité de grêle et la taille maximale attendue des grêlons. Pour calibrer cette méthode, nous avons besoin de mesures de référence de la grêle au sol. C'est précisément le rôle des trois autres instruments.
Depuis 2015, la population peut également annoncer la grêle via l'application de MétéoSuisse. Cette possibilité suscite un grand enthousiasme. Les jours de grêle, des milliers d'observations sont souvent reçues. Ces données sont très précieuses pour la recherche, mais pas seulement. Chacun et chacune peut suivre dans l'application, un jour d'orage, où et quand la grêle est observée et quelle est la taille des grêlons. Cette information est utilisée par beaucoup à titre privé et professionnel. La méthode ne fournit toutefois des informations sur la grêle que là où les gens se trouvent, c'est-à-dire principalement dans les zones habitées.
Grâce à un partenariat entre les pouvoirs publics et le secteur privé, la Suisse dispose depuis 2018 d'un réseau de capteurs de grêle automatiques. Le réseau a été financé par la Mobilière, installé et exploité par inNET Monitoring SA, et utilisé par des chercheurs de l'Université de Berne et de MétéoSuisse.
Les capteurs se composent d'une plaque spéciale et d'un microphone. La plaque mesure 0,2 mètre carré et détecte tous les grêlons qui la frappent. Le signal du microphone permet de déduire le nombre et la taille des grêlons. Les 80 capteurs ont été installés dans les trois régions les plus touchées par la grêle, à savoir le sud du Tessin, la région autour du Napf et le Jura. L'objectif est de détecter le plus grand nombre possible de grêlons, qui seront ensuite utilisés comme données de référence pour le calibrage des algorithmes de grêle pour les radars.
A des fins de recherche, MétéoSuisse utilise une quatrième méthode, un drone équipé d'un appareil photo à haute résolution. Celui-ci est utilisé au-dessus de grandes surfaces homogènes comme des terrains de football. Immédiatement après la chute de grêle, le drone survole le champ et prend des photos de la grêle. Les images sont analysées à l'aide d'une intelligence artificielle, les grains sont comptés et leur diamètre est déterminé. Pour déterminer le diamètre, des plaques de référence avec des échantillons de calibrage, posées avant le vol du drone, aident. Cette méthode permet de compter les grêlons sur une grande surface. Toutefois, se tenir prêt au bon endroit et au bon moment pour la mesure par drone représente un grand défi.
Depuis le 5 juin, il existe encore une cinquième action pour le recensement de la grêle en Suisse. L'Université de Berne fête les dix ans d'existence du Mobiliar Lab pour les risques naturels et lance un concours pour la photo du plus gros grêlon de l'année 2023.