Mobiliar Lab for Natural Risks

Module 2 – Occurrence des chutes de grêle en Suisse

La Suisse fait partie des pays les plus exposés au danger de grêle en Europe. Chaque année, la grêle occasionne des dommages estimés à plusieurs dizaines de millions.  La probabilité d’occurrence de certaines tailles de grêlons est cartographiée, afin de quantifier l’ampleur du danger de grêle au niveau spatial et saisonnier (voir MétéoSuisse – Climatologie de la grêle). Les cartes jouent un rôle important dans la prévention, par exemple dans la protection des bâtiments pour choisir des matériaux et produits de construction résistants qui correspondent à la taille des grêlons à laquelle on peut s’attendre.

Fig. 1: fréquence de la grêle en Suisse avec nombre de jours de grêle par semestre d’été. Un jour de grêle est défini comme un jour au cours duquel la valeur seuil de probabilité de grêle POH ≥ 80% est dépassée. © NCCS

 

Quelle est la répartition de la grêle en Suisse au niveau des régions et des saisons, à quelle fréquence se produit-elle et quelle est la taille des grêlons?

En vous référant aux sites Internet NCCS – Climatologie de la grêle en Suisse et MétéoSuisse – Climatologie de la grêle, déterminez à quelle fréquence en moyenne dans quelles régions de Suisse les épisodes de grêle se produisent et indiquez la taille des grêlons observée.

Analysez également la fréquence des épisodes de grêle sur une année et d’une année à l’autre. Évaluez l’impact de la variabilité saisonnière et annuelle des épisodes de grêle sur la probabilité de grêle moyenne et l’estimation du danger de grêle (voir fig. 2).

Lors de cette évaluation, intégrez également la région où vous habitez à l’aide des sites Internet MétéoSuisse – Climatologie de la grêle et MétéoSuisse – Cartes de grêle.

Fig. 2: nombre de jours de grêle en Suisse (valeur seuil POH ≥ 80% dépassée sur une zone globale ≥ 100 km^2). En haut: cycle annuel par mois. La ligne noire indique la moyenne suisse pendant la période de 2002 à 2020 et la surface jaune indique l’écart entre le 1er et le 3e quartile. En bas: évolution temporelle par année. La ligne noire correspond à la moyenne suisse entre 2002 et 2020. La partie grisée indique le changement de génération de radar. © MétéoSuisse

Proposition de solution

Proposition de solution

  • En Suisse, trois régions sont fortement exposées aux probabilités de grêle: le Jura, la région du Napf dans l’Emmental et le sud du Tessin. Les Alpes centrales présentent une très faible probabilité de grêle.
  • Sur l’ensemble du territoire, la fréquence moyenne de la grêle est de 33 jours par semestre d’été (d’avril à septembre).  Au niveau local, la fréquence des épisodes de grêle est très variable. Certaines régions enregistrent en moyenne jusqu’à trois jours de grêle par saison de grêle (p. ex. le sud du Tessin).
  • En Suisse, il est fréquent que les grêlons atteignent un diamètre de 2 cm, localement en moyenne 1,5 jour par semestre d’été. Plus les grêlons sont gros, moins ils sont fréquents. Dans la plupart des régions, des grêlons à partir de 4 cm de diamètre sont attendus moins d’une fois tous les 50 ans.
  • En Suisse, la grêle se produit de manière saisonnière, principalement lors d’orages durant le semestre d’été. La saison de la grêle en Suisse est comprise entre avril et septembre. Dans la plupart des régions, la grêle est plus fréquente entre juin et août.
  • Les données sur les occurrences des chutes de grêle sont généralement indiquées par des valeurs moyennes. Cependant, la répartition des jours de grêle et la taille des grêlons varient fortement d’une année à l’autre. Cette variabilité s’observe en particulier dans l’évaluation des risques locaux, des événements extrêmes et des tendances sur une longue période.
  • Les sources suivantes peuvent en outre s’avérer utiles dans l’analyse de la propre région de domicile:
  • Vous trouverez un exemple sous «Occurrence de chutes de grêle dans la commune de Schangnau».

Raisonnement aboutissant à la proposition de solution

Climatologie de la grêle en Suisse

L’objectif du projet «Climatologie de la grêle en Suisse» consistait à améliorer les bases existantes d’évaluation des risques à l’aide d’une nouvelle génération de données radar. Plusieurs offices fédéraux, des compagnies d’assurance et des scientifiques ont collaboré à ce projet. Le résultat est l’établissement d’une climatologie de la grêle en Suisse uniforme, à échelle fine et actuelle, complétée en permanence par des données de MétéoSuisse (NCCS, 2021).

Fig. 3: MétéoSuisse a établi, en collaboration avec un certain nombre de parties prenantes, une nouvelle référence en matière de danger de grêle en Suisse qu’elle a publiée dans le cadre du thème prioritaire du National Center for Climate Services (NCCS) «Climatologie de la grêle en Suisse». © NCCS

La climatologie de la grêle sert de base à l’évaluation du risque et à la planification, et constitue une importante source d’informations pour les autorités, les assurances, les services du feu, les propriétaires immobiliers et les agricultrices et agriculteurs. Vous en apprendrez plus sur le risque de grêle et la protection contre la grêle dans le module 3.

Voir aussi:
  • NCCS – Climatologie de la grêle en Suisse
  • MétéoSuisse – Climatologie de la grêle
  • MétéoSuisse – Site du projet «Climatologie de la grêle en Suisse»
  • Parties prenantes impliquées
    • Fondation de prévention des établissements cantonaux d’assurance (FP)
    • Association Suisse d’Assurances ASA
    • Société suisse d’assurance contre la grêle Suisse Grêle
    • Société suisse des ingénieurs et des architectes SIA
    • Office fédéral de météorologie et de climatologie (MétéoSuisse)
    • Office fédéral de l’environnement (OFEV)
    • Office fédéral de l’agriculture (OFAG)
    • Office fédéral de la protection de la population (OFPP)

Base de données et variabilité – les difficultés d’une climatologie de la grêle

En général, les cartes et les statistiques indiquent les valeurs moyennes de la répartition des chutes de grêle, de la fréquence et de la taille des grêlons.  Si, localement et à un endroit donné, la grêle est un phénomène rare, les variations locales sont toutefois importantes d’une année à l’autre. Plus l’occurrence des chutes de grêle varie à un endroit donné, plus les incertitudes concernant l’occurrence moyenne des chutes de grêle sont grandes et moins les indications sont pertinentes.

Pour analyser le danger de grêle à un endroit donné, tant les valeurs moyennes que les événements extrêmes présentent un intérêt. Les informations sur la variabilité des occurrences de chutes de grêle sont importantes pour estimer la fréquence et la taille des grêlons en cas d’événements extrêmes.

En ce qui concerne l’estimation du danger de grêle à long terme, il est important de disposer d’informations couvrant tout le territoire et de mesures prises sur une longue série temporelle. Seules des données spatiales et temporelles globales permettent d’estimer le danger de grêle moyen pour une région même si la variabilité est élevée. Des séries temporelles sur au moins 30 ans sont nécessaires pour pouvoir se prononcer sur les changements et les tendances du danger de grêle (voir «Module 4 – Grêle et changement climatique»).

Pour la «Climatologie de la grêle en Suisse», on s’appuie sur des données radar à partir de 2002, car ce n’est qu’à partir de cette date que leur qualité est jugée suffisante et qu’elles couvrent tout le territoire. Avant 2002, les données sur la grêle présentent des lacunes. Les efforts en termes de recherche doivent donc se poursuivre, afin, d’une part, de traiter les séries temporelles de grêle passées et, d’autre part, d'exploiter et d’améliorer les données radar à long terme (voir figure 9 du module 1).

Fig. 4: données radar disponibles de 2002 à 2020. Plus de 20 jours de données par site sont disponibles pour le sud du Tessin, la région du Napf et le Jura. Pratiquement aucun signal de grêle n’a jamais été enregistré dans les Alpes centrales. © MétéoSuisse

Voir aussi:

Occurrence de grêle dans la commune de Schangnau

La localité de Schangnau (BE) dans l’Emmental se situe dans l’une des régions à plus forte probabilité de grêle de Suisse. Schangnau enregistre en moyenne 2,6 jours de grêle par année1. (Selon la fig. 1: entre 2,5 et 3 jours de grêle par année2)

Dans l’Emmental, des épisodes de grêle avec des grêlons mesurant 2 cm de diamètre et plus se produisent en moyenne 1,25 à 2 jours par année et avec des grêlons mesurant 4 cm et plus, 0,5 à 1 jour par année3.

Dans l’Emmental, des événements de grêle se produisent durant toute la saison de la grêle d’avril à septembre, le danger de grêle le plus élevé étant en juillet4. Alors que la grêle est moins fréquente en avril et en septembre, le mois de juillet enregistre en moyenne 1,4 jour de grêle et plus.

La figure 5 présente les jours de grêle observés de 2002 à 2022 à Schangnau et, à titre de comparaison, à Saint-Gall. On y voit bien les variations du nombre de jours de grêle d'une année à l'autre, qui sont parfois très importantes. La fréquence plus élevée de la grêle à Schangnau par rapport à Saint-Gall est également clairement visible.

Durant la période observée, 6,7 jours de grêle ont été mesurés en moyenne à Schangnau et 3,4 à Saint-Gall (MétéoSuisse, 2023). Ces valeurs sont plus élevées que les valeurs moyennes calculées dans la climatologie de la grêle. Cela s'explique par le fait qu'un rééchantillonnage (procédé statistique issu de la modélisation des risques) est utilisé lors de l'établissement de la climatologie de la grêle. Cette méthode permet d'établir une climatologie de la grêle pertinente malgré la courte série temporelle des données de grêle radar disponibles.

Voir aussi:

Fig. 5: série temporelle des jours de grêle à Schangnau et Saint-Gall entre 2002 et 2022. Données et présentation: MétéoSuisse

Sources

1 Der Bund – So oft und stark hagelt es in Ihrer Gemeinde (fréquence et intensité des chutes de grêle dans votre commune – en allemand)
2 Climatologie de la grêle en Suisse – Fréquence de la grêle
3 Climatologie de la grêle en Suisse – Taille des grêlons
4 MétéoSuisse –  Cartes climatologie de la grêle

Exercices complémentaires

De la fréquence à l’analyse des risques

Les données telles que les périodes de retour jouent un rôle important dans l’estimation du danger de grêle. Elles décrivent la probabilité statistique d’apparition de grêlons de différentes tailles à un endroit donné. Une période de retour de 20 ans pour un grêlon ≥ 3 cm à un endroit signifie par exemple que, tous les 20 ans en moyenne, on s’attend à une taille de grêlon de 3 cm de diamètre et plus. Par analogie, la valeur de retour à cet endroit pour une période de retour de 20 ans est ≥ 3 cm. Dans le cadre du projet «Climatologie de grêle en Suisse», le danger de grêle a été revu sur la base des périodes de retour. Des cartes sur le danger de grêle sont disponibles dans l’«atlas web Climatologie de la grêle» de MétéoSuisse.

Fig. 6: taille maximale de grêlons à laquelle on s’attend sur 1 km2 pour un événement de grêle avec une période de retour de 50 ans. © NCCS

Comment estimer le danger de grêle à l’aide des périodes de retour et comment faire le lien avec les événements extrêmes?

a) Expliquez comment interpréter le danger de grêle d’un événement de grêle de 50 ans et sa probabilité d’occurrence.

b) Estimez le danger de grêle dans la région où vous habitez pour un événement de grêle avec une période de retour de 10, 50 et 100 ans.

c) Le 28 juin 2021, un épisode de grêle d’une rare violence s’est abattu sur le Plateau suisse. Des grêlons atteignant jusqu’à 9 cm de diamètre ont été recensés.

Analysez à quel point l’événement de grêle du 28 juin 2021 était extrême par rapport aux valeurs moyennes et indiquez, sur la base des périodes de retour, à quelle fréquence un événement aussi extrême est susceptible de se répéter.

Vous trouverez de plus amples informations sur cet événement dans le module 1 (vidéos 2, 4, 5, 6 ainsi que les figures 6, 7, 8).

Proposition de solution – exercices complémentaires

Proposition de solution

Exercice a)

  • Le danger de chutes de grêle en Suisse est exprimé en probabilité d’apparition de grêlons de différentes tailles.
  • Un événement de grêle présentant une période de retour de 50 ans se produit en moyenne une fois en 50 ans à cet endroit. La probabilité qu’un tel événement se produise en une année est de 1/50 = 2%. Important: il s’agit ici d’une observation purement statistique, c’est-à-dire que plusieurs événements de ce genre peuvent se succéder sur des périodes plus courtes.
  • L’estimation de la taille maximale des grêlons avec MESHS se réfère à une surface de référence de 1 km2. C’est pourquoi la méthode de calcul LEHA-100, qui indique le plus gros grain attendu sur une surface de 100 m2, est souvent utilisée pour estimer le danger de grêle local.
  • Pour obtenir des informations complémentaires, voir:

Exercice b)

Vous trouverez un exemple de cas sous «Danger de grêle à Schangnau».

Exercice c)

  • Dans les régions les plus touchées, l’événement du 28 juin 2021 correspond à un événement qui se produit tous les 70 à 100 ans (Kopp et al., 2022). En d’autres termes, la probabilité d’occurrence d’un événement de cette ampleur sur une année se situe entre 1% et 1,43%.
  • Dans la région frappée par l’événement, le diamètre des grêlons mesurait 3 cm de plus que la moyenne à long terme.
  • La surface avec la taille maximale attendue d’un grêlon (MESHS) supérieure à 4 cm est la plus grande surface observée depuis 2002. La surface touchée par la grêle est, dans son ensemble, la deuxième plus grande surface (Kopp et al., 2022).

Raisonnement aboutissant à la proposition de solution

Danger de grêle à Schangnau (exercice b)

La commune de Schangnau doit s’attendre à des grêlons de 5 cm et plus en moyenne tous les 10 ans. Ce calcul s’appuie sur les données MESHS qui indiquent la taille maximale d’un grêlon à laquelle on peut s’attendre sur une surface de référence de 1 km2. Or, dans l’estimation du danger, les surfaces de référence concernées sont généralement plus petites, par exemple lorsqu’il s’agit d’estimer le danger pour le toit de sa propre maison. La quantité statistiquement dérivée LEHA a été développée à cet effet. Elle calcule le plus gros grêlon attendu sur une surface de référence de 100 m2 par exemple (LEHA-100).

Tableau 1: Risque de grêle à Schangnau sur la base des périodes de retour. Source: MétéoSuisse
Période de retour  Taille de grêlon LEHA-1002  Taille de grêlon MESHS3
10 ans  2.5 cm - 3.5 cm  4.5 cm - 5.5 cm
50 ans  3.5 cm - 4.5 cm  > 6 cm
100 ans  4 cm - 5 cm  > 6 cm

Les grêlons de 4 à 5 cm occasionnent des dommages considérables aux véhicules (y c. pare-brise et grandes bosses), aux bâtiments et aux cultures agricoles. En ce qui concerne les bâtiments, la probabilité des dommages dépend de l’urbanisation et de la densité de population. Schangnau est une commune assez peu peuplée. Néanmoins, comme la commune dispose de grandes surfaces agricoles, la grêle peut causer d’importants dégâts et des pertes de récoltes.
Vous en apprendrez plus sur le risque de grêle et la protection contre la grêle dans le module 3.

Sources

1 Der Bund – So oft und stark hagelt es in Ihrer Gemeinde (fréquence et intensité des chutes de grêle dans votre commune – en allemand)
2 Swisstopo – map.geo.admin.ch
3 MétéoSuisse – Danger de grêle

Périodes de retour de l’événement extrême du 28 juin 2021 (exercice c)

La taille des grêlons recensée et la climatologie de la grêle permettent d’estimer à quelle fréquence un événement aussi extrême est susceptible de se produire (voir fig. 6). Un groupe dirigé par Jérôme Kopp, doctorant à l’Université de Berne, a analysé l’événement extrême du 28 juin 2021 (Kopp et al. 2022).

Fig. 7: périodes de retour locales des tailles de grêlons recensées le 28 juin 2021. Comparez les tailles des grêlons de la fig. 7 du module 1. Présentation et dates: MétéoSuisse (Kopp et al., 2022)

Informations complémentaires, sources

Utilisation des cartes des dangers – parties prenantes

Les informations et cartes sur les occurrences de chutes de grêle présentent un intérêt pour différents secteurs et parties prenantes. Les propriétaires d’immeuble, les agricultrices et agriculteurs, les propriétaires de véhicules et la population peuvent ainsi mieux évaluer le danger de grêle dans leur région et adopter des mesures de protection comme des filets anti-grêle pour protéger les cultures agricoles sensibles.

Les cartes des dangers permettent aux compagnies d’assurance d’établir des analyses de risque à titre de prévention et en vue d’adapter les offres d’assurance.  Les autorités locales et nationales également utilisent les informations sur la grêle, par exemple dans la planification de mesures préventives, dans l’élaboration de normes de construction ou dans la planification opérationnelle des services du feu.

Voir aussi:

Défis, évolution et recherche

Afin d’améliorer encore l’analyse des dangers liés à la grêle, la mesure et l’observation de la grêle sont perfectionnées en permanence (voir module 1). En outre, la recherche s’attache à étendre les séries de données en remontant dans le passé, ce qui exige des processus statistiques complexes et des connaissances approfondies sur la formation de la grêle.

La doctorante Lena Wilhelm, par exemple, travaille à l’Université de Berne dans le cadre du projet de recherche scClim pour reconstituer les séries temporelles des épisodes de grêle jusque dans les années 1950. Des procédures statistiques complexes permettent, à l’aide de variables météorologiques, la modélisation de la probabilité de grêle dans le passé.

Fig. 8: la doctorante Lena Wilhelm, groupe de recherche en climatologie, Institut de géographie de l’Université de Berne

Sources

Kopp, J., Schröer, K., Schwierz, C., Hering, A., Germann, U., & Martius, O. (2022). The summer 2021 Switzerland hailstorms: weather situation, major impacts and unique observational data. Weather.

MeteoSchweiz (2023). Anzahl Hageltage Schangnau und St. Gallen, 2002 bis 2022. Anzahl_Hageltage.txt

NCCS (éd.) 2021: Climatologie de la grêle en Suisse – Les cartes nationales des risques de grêle. National Centre for Climate Services, Zurich. Climatologie de la grêle en Suisse.

Nisi, L., Martius, O., Hering, A., Kunz, M., & Germann, U. (2016). Spatial and temporal distribution of hailstorms in the Alpine region: a long‐term, high resolution, radar‐based analysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 142(697), 1590-1604.

Nisi, L., Hering, A., Germann, U., & Martius, O. (2018). A 15‐year hail streak climatology for the Alpine region. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 144(714), 1429-1449.

Prein, A. F., & Holland, G. J. (2018). Global estimates of damaging hail hazard. Weather and Climate Extremes, 22, 10-23.

Raupach, T. H., Martius, O., Allen, J. T., Kunz, M., Lasher-Trapp, S., Mohr, S., ... & Zhang, Q. (2021). The effects of climate change on hailstorms. Nature reviews earth & environment, 2(3), 213-226.

Rapport technique Climatologie de la grêle
Schröer, K., Trefalt, S., Hering, A. Germann, U., Schwierz, C. (2022). Climatologie de la grêle en Suisse:
données, résultats et documentation, rapport technique MétéoSuisse, 283, pp.78.