Modélisation pour l’environnement et la sécurité
➤ L'impact des activités humaines sur l'environnement et la sécurité, un enjeu sociétal important. Les équipes du Cerfacs ont développé durant ces dernières années un savoir faire reconnu dans le domaine du risque naturel et industriel à travers leurs contributions à des projets relatifs au suivi de l'environnement et des ressources naturelles, des sites naturels ou industriels à risque. Ces travaux ont été entrepris en synergie avec les partenaires du Cerfacs, on citera notamment :
- L'impact des modes de transport sur le climat et la composition de l'atmosphère
- La qualité de l'air à l'échelle régionale et globale
- La simulation des incendies de forêt
- La simulation et la prévision des crues
- L'étude de sites industriels et les risques d'explosions
➤ La diversité des risques étudiés se traduit par une diversité des objectifs (surveillance, alerte, ré-analyse, scénario…), des échelles spatio-temporelles (de quelques centaines de mètres à quelques centaines de kilomètres), des outils de simulation (CFD, hydrodynamics, propagation de fronts, aérodynamique) ainsi que des algorithmes permettant d’estimer le risque (simulation numérique directe, méthodes d’assimilation et optimization, méthodes de quantification des incertertitudes, couplage de codes multi-dimensionnel et/ou multi-physiques).
➤ Le défi MODEST intègre une forte composante numérique et mobilise l’ensemble des équipes du Cerfacs. Le défi MODEST est en lien avec les axes de recherche transverses « Assimilation de données », « Quantification des incertitudes » ainsi que des axes applicatifs « Environnement », « Combustion », « Aerodynamique » et « Climat ».
Objectifs
Le défi MODEST a pour objectif de développer :
- des outils méthodologiques innovants (modélisation aux différentes échelles, couplages entre processus physique et chimie, couplages de code et assimilation de données) appliqués à des problématiques concrètes rencontrées par les membres associés du Cerfacs.
- des applications d’aide à la décision ayant vocation à devenir opérationnelles, notamment pour la qualité de l’air, la propagation des feux de forêt et l’hydrologie/hydraulique.
Projets
Démarré fin 2014, le défi Modest a permis d’engager des travaux dans les domaines de la qualité de l'air et de l'hydrologie à travers notamment les projets européen (MACC, EoCoE) et nationaux (LEFE, SCHAPI, TOSCA).
Prévision des crues et inondations
Couplage multi-dimensionnel 1D/2D en hydraulique, avec assimilation de données sur le bassin versant de l'Adour. PhD S. Barthélémy, 2015
La modélisation et la prévision des crues répond à un enjeu majeur : la gestion de la ressource en eau et des risques naturels. Au Cerfacs, des méthodes d’assimilation de données sont implémentées afin d’améliorer la capacité prédictive des modèles numériques hydrauliques limitée par des incertitudes sur la connaissance des bassins versants, les données météorologiques, hydrologiques et géographiques. La plateforme DAMP permet la prévision en temps réel des crues et des inondations à partir d’un code d’hydraulique fluvial. Des travaux de couplage multi-dimensonnel en hydraulique 1D/2D permettent de modéliser des écoulements complexes en limitant les coûts de calculs afin de répondre aux contraintes opérationnelles et industrielles.
Propagation des feux de forêt et Emissions
Correction du front de feu simulé (bleu) par l’assimilation des observations aéroportées (gris) pour obtenir une position du front analysée (rouge).
L’amélioration des systèmes de prévision en temps réel de la propagation des incendies de forêt et des émissions associées ouvre la voie vers des applications directes sur la gestion du risque d'incendie d'urgence ainsi que sur la gestion de la qualité de l'air régionale et à l'échelle climatique. La plate-forme FIREFLY co-developpée par le Cerfacs et l'University of Maryland (Dept. of Fire Protection Engineering, USA) repose sur un algorithme d'assimilation de données ensembliste de type filtre de Kalman d'ensemble, implémenté sur un modèle semi-empirique de propagation du front de feu. Ce système allie estimation de paramètres (vents de surface, humidité et propriétés du combustible végétal) et estimation d'état (la position du front de feu) afin d'améliorer la prévision de la position du front de feu en temps réel.
Aviation et environnement
Le Cerfacs évalue l’impact des émissions anthropiques qui modifient la chimie atmosphérique et l’équilibre radiatif par des mécanismes complexes et indirects (trainées de condensation de vapeur d’eau sur les aérosols, particules de suie responsable de la formation de cirrus, émissions d’oxydes d’azote…) qui perturbent les cycles naturels, notamment celui de l’ozonne, et qui, combinées avec d’autres cycles chimiques, ont un impact sur l’effet de serre anthropique.
