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COP21

AB - 1/12/2015

Inria à la COP21

Cop21 Inria © Inria / AIRSEA - CNRS / LEGI / Photo N. Hairon

Les chercheurs d’Inria s'impliquent au quotidien pour aider à comprendre les phénomènes qui affectent notre planète, pour prédire leur évolution ou rechercher des solutions. Médecine, biologie, robotique, écologie... Nombreux sont les champs d'application dans lesquels les sciences du numérique interviennent aujourd'hui. Cela est vrai aussi pour la lutte contre les changements climatiques qui constitue un défi fondamental posé à l’échelle planétaire.

Au service des enjeux sociétaux prioritaires, les sciences du numérique accompagnent la transition énergétique. Elles sont cruciales pour prendre la mesure des enjeux climatiques, pour imaginer des scénarios d’inflexion et pour aider à la prise de décision. Un certain nombre de nos équipes s'implique ainsi au quotidien pour aider à comprendre les phénomènes qui affectent notre planète, prédire leur évolution et rechercher des parades aux phénomènes observés. Ces travaux alimentent les connaissances et nourrissent les réflexions internationales, mais ils se soldent aussi par des collaborations avec des industriels, du transfert technologique vers des petites et moyennes entreprises ou encore la création de spin-off. Les sciences du numérique permettent également une co-construction citoyenne : les individus peuvent tout à la fois enrichir les données, rendre tangible des phénomènes, nourrir la réflexion et présider à une prise de conscience collective.

                                                                                                            Antoine Petit, pdg d'Inria

Sciences du numérique et enjeux climatiques : l’implication des équipes d’Inria

Au-delà de l'étude des impacts écologiques, le contexte actuel des changements climatiques pose de multiples questions en termes d'évolution des conditions météorologiques et de vulnérabilité pour de nombreux secteurs d'activités. Les outils numériques et informatiques au sens large (modélisation numérique, calcul haute performance, outils statistiques, réseaux d'observations et de communications) jouent un rôle central dans ces défis puisqu'ils aident à comprendre les mécanismes physiques, économiques et sociaux inhérents à la lutte contre les changements climatiques et leurs conséquences.

L'écologie représente une somme de défis transdisciplinaires qui mobilisent l'ensemble des sciences du numérique et tire également parti de la transversalité de ces sciences souvent au service des autres champs de recherche.

François Sillon, directeur général délégué à la science

Comprendre les changements climatiques et leurs enjeux

La modélisation et la simulation, conjuguées aux possibilités d’observation et de détection, permettent d’étudier avec de plus en plus de précision les phénomènes complexes en jeu. Les sciences du numérique participent notamment à la mise en place de modèles informatisés, par exemple pour l'évolution du climat. Ces outils permettent d'assembler des observations nombreuses et variées. On peut par exemple ajuster un modèle de simulation des courants océaniques et atmosphériques, leur impact sur les températures, les précipitations, les vents… et,in fine, sur les rendements agricoles, la disponibilité d'eau douce, la biodiversité, etc.

Pour répondre aux questions posées par les changements climatiques et leurs impacts, le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) fait la synthèse des travaux publiés ces dernières années, qui utilisent de tels modèles du système climatique et des études économiques et démographiques. Ils composent des scénarios de projection climatique, supposés couvrir un large éventail d’évolutions possibles. Les sciences du numérique se mettent ainsi au service du GIEC. Il s'agit là d'un véritable défi pour les mathématiciens et numériciens car les difficultés sont importantes en termes de modélisation.

FOCUS

L'équipe AIRSEA contribue par exemple à l’amélioration des deux modèles climatiques français (IPSL-CM et CNRM-CM) au travers de plusieurs axes de recherche : schémas numériques (comment résoudre précisément les équations mathématiques complexes de la physique océanique et atmosphérique ?), couplage de différents sous-modèles (par exemple, comment représenter correctement les échanges de masse et d’énergie entre l’atmosphère et l’océan ?), ou encore assimilation de données (comment « régler » un modèle à l’aide d’observations de température ou de précipitations disponibles ?). Ces questions posent de nombreux défis en optimisation numérique et des questions mathématiques fondamentales... Les travaux d’AIRSEA sont intégrés aux modèles océaniques et climatiques, à disposition de la communauté scientifique.

L'équipe GEOSTAT travaille sur l'obtention de variables physiques globales à très haute résolution spatiale, par exemple les pressions partielles de gaz à effet de serre ou les flux échangés entre l'océan et l'atmosphère, en utilisant des données d'acquisition en observation de la Terre et des méthodes de physique statistique et de traitement du signal. La détermination de ces variables physiques à haute résolution spatiale est d'une grande importance pour l'évaluation quantitative du réchauffement climatique.

L’équipe EVA travaille sur le développement de réseaux de capteurs qui permettent de réaliser des mesures hydrologiques plus précises, à distance et en temps réel pour une meilleure compréhension du processus de la fonte des neiges. Ces capteurs sont pour le moment déployés en Sierra Nevada aux Etats-Unis, pour comprendre la sécheresse à laquelle la Californie est confrontée aujourd’hui, 2/3 de l'eau consommée provenant du processus de fonte des neiges.

Prévoir les conséquences des changements climatiques

Montée du niveau des océans, modification des régimes de pluie, intensification de phénomènes météorologiques extrêmes, fonte de la banquise, conséquences sur la faune et la flore : les conséquences du réchauffement planétaire sont extrêmement variées, avec des effets sur les rendements agricoles, l'accès à l'eau potable, l'érosion des sols… En réponse à ces nouvelles interrogations, des chercheurs d'Inria développent des modèles et des logiciels ayant pour but la prévision d'impacts locaux ou régionaux.

La problématique de la pollution atmosphérique prend aussi une importance croissante aux échelles locale (qualité de l'air), régionale (pollution transfrontalière), ou globale (effet de serre). Les systèmes de modélisation sont utilisés pour évaluer l’ampleur et les conséquences du changement en cours : prévision à court et moyen terme, études de cas, études d'impact de sites industriels, etc.

Un autre défi majeur est lié à la détermination de l’impact de futurs choix politiques et économiques. Arbitrer la construction d’un barrage, estimer l’impact d’un projet d’urbanisation, choisir une technologie de traitement de déchets : autant de choix technologiques qui auront des répercussions en matière de développement durable. Or les collectivités territoriales, des communautés de communes aux régions, manquent cruellement d’outils pour faire ces choix.

L'analyse de l'évolution des phénomènes climatiques mobilise massivement les résultats de recherche en sciences informatique et mathématiques. L'un des enjeux pour nos sciences consiste à mettre au point des modèles performants et des simulations efficaces, notamment des modèles prédictifs sur de larges échelles incluant des niveaux de description très variés. La pertinence de ces modèles tient également aux avancées les plus récentes en matière de calcul intensif, et de traitement des grandes masses de données... L'un des axes forts de notre dernier plan stratégique est d'ailleurs la "Planète numérique".

François Sillon, directeur général délégué à la science

FOCUS

L'équipe LEM0N s’intéresse à la modélisation des processus naturels de la zone littorale (érosion des plages, océanographie côtière, submersions et inondations, pollution, etc.). L'objectif général de l'équipe est de contribuer à la conception et à l'amélioration des modèles qui permettent de simuler ces phénomènes, puis de les coupler (entre eux ou à des données externes) afin de produire un système global de prévision qui prenne en compte un maximum de phénomènes naturels. En particulier, l’équipe s’intéresse à la simulation en temps réel des inondations en zone côtière dont la fréquence augmente avec celle des épisodes pluvieux intenses, ainsi qu’avec la hausse du niveau des mers et océans.

© Inria / CLIME - Numtech

L'équipe CLIME travaille sur le couplage des modèles de simulation numérique et des observations environnementales, y compris les images telles qu’acquises par satellites, drones, et capteurs au sol. CLIME applique une partie de ses recherches à l’étude de la qualité de l’air en allant de l’échelle globale d’un continent à celle locale de la ville. Les chercheurs développent également des outils d'analyse et de prévision d'impact de la pollution de l'air à l'échelle urbaine.

L'équipe STEEP explore deux nouveaux types d’outils d’aide à la décision. Le premier simule ces systèmes complexes où de nombreux facteurs interagissent, notamment des facteurs humains. Son objectif ? Anticiper les impacts de ces choix politiques sur la biodiversité et les ressources locales… y compris de façon prospective en fonction de scénarios climatiques ou d’évolutions économiques globales. Le deuxième outil développé vise à optimiser les choix en termes de coûts tant du point de vue économique qu’environnemental ou sociétal. Ces outils sont étudiés pour une application dans la planification urbaine, dans l’agriculture, ou encore dans la compréhension des filières d’alimentation, etc.

L'équipe CARDAMOM développe des outils robustes et  adaptatifs pour la simulation d’écoulements complexes dont la plupart sont issus du domaine de l’environnement : étude de l’impact des vagues sur une zone côtière, récupération de l’énergie liée au phénomène de houle, étude des cycles organiques de Rankine (ORC). Les chercheurs produisent des modèles numériques dont l'objectif est de répondre à deux besoins essentiels :

  • contrôler et modifier localement les équations différentielles et les méthodes numériques utilisées afin de maximiser la pertinence et l’efficacité des modèles
  • quantifier l’impact des incertitudes dans les conditions physiques  et les inclure dans les mécanismes d’adaptation.

Contribuer à trouver des solutions : l’exemple de la transition énergétique

Les scientifiques cherchent des solutions concrètes aux problèmes posés par ce défi planétaire actuel. Au cœur de leurs activités, des enjeux comme l'amélioration de l’efficacité énergétique et la réduction de l’impact environnemental de l’énergie mobilisée. Dans les domaines des énergies renouvelables ou de la fusion nucléaire, nous  avons besoin de modélisation ou de simulation pour optimiser les nouveaux dispositifs de production d’énergie. Cela doit être complété par des efforts de réduction de la consommation d’énergie. À l'heure du « big data » et des fermes de serveurs, des équipes d'Inria analysent l'empreinte énergétique des opérations, calculs, requêtes, fonctionnements logiciels, ou stockage et traitement de données, de façon à optimiser les machines, langages, algorithmes, pour gagner en efficacité énergétique. Les travaux en sciences du numérique contribuent également de plus en plus à la gestion “intelligente” et économe en énergie de divers autres systèmes : véhicules, bâtiments, villes…

Du fait de la quantité limitée d’énergies fossiles disponibles et surtout de leur coût écologique, une tendance actuelle est au développement des énergies renouvelables. En particulier, les énergies solaire et éolienne sont en plein essor, leur inconvénient résidant toutefois dans leur caractère aléatoire. Inria s’investit aussi dans la recherche sur la fusion nucléaire, à travers le programme international ITER.  À l’échelle d'une ferme éolienne, les sources d'incertitude de la production d’électricité sont variées et difficiles à réduire, nécessitant d'innover sur les modèles et les méthodes de calcul. Inria contribue également au développement d'autres sources d'énergie renouvelables, tels les biocarburants et l'énergie hydraulique.

FOCUS

L’équipe TOSCA développe une nouvelle méthode de calcul de la ressource en vent, capable de dialoguer avec un système de prévision météorologique dynamique allié à une modélisation fine des éoliennes, de leur positionnement  sur un site. Cela permet de prévoir et simuler la production d’électricité  ainsi que l'incertitude liée à la turbulence atmosphérique.

L'équipe BIOCORE cherche à concevoir, modéliser, analyser, contrôler et optimiser des écosystèmes artificiels. Elle contribue à la préservation de l'environnement en développant de nouvelles sources d'énergie, en évitant la pollution des eaux ou l'utilisation de produits chimiques pour les cultures. Ces travaux trouvent de nombreuses applications, notamment dans la production de biocarburants à partir de micro-algues, à moindre empreinte carbone.

Cop21 ANGE

L’équipe ANGE travaille à la modélisation, l’analyse et à la simulation numérique d’écoulements à surface libre rencontrés en géophysique. Les travaux de recherche menés mêlent aspects méthodologiques et applicatifs. Le verrou scientifique principal est donc l'obtention de bons modèles qui doivent être adaptés au phénomène physique étudié, discrétisés efficacement et validés. L’équipe s'intéresse, entre autres, aux phénomènes couplant hydrodynamique et biologie ainsi qu’aux énergies marines (houlomotrice, hydrolienne, biomasse). Pour ce dernier aspect, l’objectif est l’optimisation du système, par exemple d’une hydrolienne, afin d’en maximiser le rendement énergétique.

Mots-clés : Cop21 Modélisation climatique Statistiques Environnement Smart cities

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