Cet axe applicatif répond au besoin croissant de comprendre, de surveiller et de modéliser les risques naturels et anthropiques – tels que les inondations, les incendies de forêt, la dispersion des polluants et les accidents industriels – à de multiples échelles, du local au mondial. Sous l’impulsion du changement climatique, de l’urbanisation croissante et de la transition énergétique, ces travaux soutiennent la sécurité publique et le développement industriel durable grâce à des simulations avancées et à des approches de modélisation novatrices.
L’objectif principal est d’améliorer la compréhension des processus multi-physiques et multi-échelles qui régissent ces risques, et de fournir des outils de prédiction et d’évaluation pour l’atténuation des risques et la prise de décision. Le CERFACS se concentre sur trois dimensions principales : (1) l’analyse des événements passés (« quoi maintenant »), (2) la prévision des impacts potentiels futurs (« quoi ensuite »), et (3) la simulation de scénarios alternatifs (« et si »). Pour ce faire, le calcul haute performance (HPC), l’assimilation des données, la quantification des incertitudes et l’intégration de diverses sources de données (par exemple, in situ, par satellite) sont nécessaires.
Cinq défis prioritaires guident cet axe :
- Risques liés à l’eau : Développement d’un cadre de simulation multi-échelle pour modéliser les sécheresses, les inondations, le transport de sédiments et les impacts sur la biodiversité, en utilisant des modèles hydrologiques et la télédétection.
- Modélisation des incendies de forêt : Construction d’un système couplé pour simuler la propagation des incendies, la dynamique des panaches et la durée de vie des polluants à l’échelle du paysage et de l’atmosphère.
- Dispersion des polluants urbains : Création de modèles micrométéorologiques basés sur un ensemble pour évaluer le comportement des vents et des polluants dans les villes pendant les situations d’urgence.
- Simulation d’accidents industriels : Amélioration des capacités de la CFD pour modéliser des scénarios accidentels (fuites, explosions, incendies) à haute résolution temporelle et spatiale.
- Émissions et impacts environnementaux à long terme : Prototypage de chaînes de modélisation pour évaluer comment les émissions locales affectent les systèmes atmosphériques et climatiques mondiaux.
Ces défis sont relevés à l’aide de logiciels avancés tels que AVBP (solveur LES), Meso-NH (modélisation atmosphérique), lbmpy (Lattice Boltzmann) et des outils de modélisation hydrologique tels que CEPHEE et T2DiSurf.
Stratégiquement, cette recherche s’appuie sur :
- « Algorithmes numériques » : Amélioration des solveurs d’ordre élevé et des méthodes alternatives telles que le LBM afin d’améliorer la précision et les performances des simulations.
- « Modélisation basée sur les données » : Exploiter l’IA et les stratégies hybrides pour améliorer l’assimilation des observations à haute résolution, réduire l’incertitude et construire des modèles de substitution.
- « Programmation durable » : Garantir l’évolutivité et l’utilisabilité à long terme des simulations couplées sur des plateformes HPC en constante évolution.
Le CERFACS collabore avec des acteurs clés tels qu’Airbus, EDF, Météo-France, l’ONERA, TotalEnergies et le CNES, avec le soutien de programmes régionaux, nationaux et européens. L’axe contribue finalement à la construction de jumeaux numériques de systèmes environnementaux complexes et au soutien d’initiatives mondiales telles que Destination Earth.
