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La modélisation côtière, une des applications du nouveau pôle Brestois, de calcul intensif pour la mer

01/02/2002

Discipline descriptive jusqu'au début des années 1980, l'océanographie évolue. Des modèles mathématiques sont aujourd'hui utilisés en complément des mesures, des observations sur le terrain et des études sur les processus. Les modèles sont en effet des outils de recherche et de synthèse qui permettent de tester notre compréhension des phénomènes et de simuler leurs variabilités spatiales et temporelles, à l'échelle d'un estuaire, d'une baie ou d'un bassin. Ce sont également, dans certaines conditions, des outils opérationnels aidant à la gestion intégrée du milieu, et qui permettront, à terme, la prévision des crises environnementales côtières pour répondre à la demande sociétale. Ces outils font appel à des puissances de calcul informatique de plus en plus importante et les moyens de calcul existants dans l'Institut arrivait à saturation, d'autant qu'ils sont également utilisés pour le traitement de données volumineuses de géomatique marine ou côtière, de bio-informatique marine pour la recherche de séquences de gènes, ou pour l'ingénierie marine (mécanique des fluides, ...).

Mettre à niveau ses moyens de calculs constituait donc un enjeu essentiel pour la communauté océanographique. Cette analyse, partagée, a amené plusieurs établissements de recherche brestois à investir ensemble dans un centre de calcul océanique à vocation essentiellement régionale : l'Ifremer et l'UBO/IUEM (Université de Bretagne Occidentale/Institut Universitaire Européen de la Mer), les deux initiateurs du projet, et l'EPSHOM (Etablissement Principal du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine), l'Ecole Navale et l'ENSIETA (Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs des Etudes et Techniques d'Armement). Ce projet qui a reçu le soutien financier de la Région Bretagne, du Conseil Général du Finistère et de la Communauté Urbaine de Brest, comprend un nouveau calculateur COMPAQ qui, dans les prochains mois, prendra sa forme définitive avec l'installation et le raccordement à haut débit d'un calculateur frontal qui sera situé dans les locaux de l'UBO/IUEM. Cette machine, mise sur le réseau de l'Ifremer, est un " cluster " (grappe) de 9 noeuds COMPAQ ES45, quadri-processeurs, connectés par " switch " Quadrix. Les processeurs sont des processeurs Alpha EV68 cadencés à 1GHz. Sa puissance est évaluée à 10 fois celle du serveur précédent. Sa mémoire globale est de 92 GigaOctets.

Le système d'exploitation est le système Tru64 UNIX, dont le rôle est de présenter à l'utilisateur les neuf noeuds de calcul comme une seule machine virtuelle. Un progiciel permet la soumission de travaux en mode " batch " sur la machine. Ce mode consiste à lancer sur la machine des programmes se déroulant automatiquement, sans interaction possible avec l'utilisateur et simultanément, grâce à l'organisation de files de travaux s'exécutant en parallèle. L'intérêt du batch réside dans l'usage optimal des ressources, y compris en dehors des heures de présence des gestionnaires de la machine.

Un exemple de modélisation : le calcul et la prévision des courants côtiers

Les courants côtiers transportent certes les substances polluantes mais aussi les sels nutritifs. Ils dispersent ou concentrent les larves d'organismes marins. Ils favorisent par leur existence l'implantation d'espèces ou au contraire en interdisent d'autres qui ne supportent pas de l'eau trop chaude, trop douce ou des courants trop violents. Bref, les caractéristiques physiques de l'eau de mer (salinité, température, courants) conditionnent l'équilibre écologique d'une mer régionale ou d'une baie.

Un moyen d 'approcher la circulation réelle est de la simuler par ordinateur. On peut, comme le fait Météo-France pour l'atmosphère modéliser et prédire le mouvement des masses d'eau, leur température, leur salinité.

L'Ifremer conduit des recherches visant à décrire et simuler les caractéristiques physiques de l'océan côtier (http://www.ifremer.fr/delao/francais/hydrodynamique/bretagne/). Son champ d'investigation concerne la circulation des mers qui nous entourent (la Manche, le Golfe de Gascogne, le golfe du Lion et la Mer Ligure)

En physique côtière, l'application n'est jamais très loin de la recherche et ces travaux servent (et ont servi) par exemple à :

  • étudier la dispersion des bactéries en mer pour positionner un rejet de station d'épuration,
  • comprendre pourquoi certaines années les anchois se reproduisent mieux que d'autres et éventuellement limiter l'effort de pêche,
  • déterminer les zones écologiquement fragiles en cas d'eutrophisation (algues vertes).

La demande de plus en plus pressante d'outils opérationnels et les progrès de l'hydrodynamique rendent nécessaire l'emploi de calculateur puissant. L'équipement installé récemment sur le centre de Brest permet déjà d'améliorer grandement la finesse et l'exactitude des simulations.

L'un des objectifs de l'équipe pour les 5 ans à venir est de simuler la circulation depuis 5 ou 10 ans et de faire un "album" des conditions hydrodynamiques (courants, salinité, température, mélange vertical ...) le long des façades littorales. Ces résultats pourront servir à mieux comprendre des phénomènes encore mal élucidés (apparition de phytoplanctons toxiques, mortalités ou abondances "anormales" de certaines espèces, les pollutions chroniques ou exceptionnelles de certaines zones. Comprendre c'est déjà aider à prévoir et à gérer ces mers côtières que l'on utilise et exploite (pêche, aquaculture, tourisme, rejet de déchets ...).

modele

Modèle hydrodynamique du Golfe de Gascogne

Liens

Partenaires :

l'UBO/IUEM : http://www.univ-brest.fr/IUEM/
EPSHOM : http://www.shom.fr/
Ecole Navale : http://www.ecole-navale.fr/
ENSIETA : http://www.ensieta.fr/
Communauté urbaine de Brest : http://www.mairie-brest.fr/
Conseil Général du Finistère : http://www.cg29.fr/
Conseil Régional de Bretagne : http://www.region-bretagne.fr/
IFREMER : http://www.ifremer.fr/com/communiques/22-01-02_calculateur.htm
IFREMER, le pôle de calcul intensif pour la mer :

Projets de modélisation et résultats accessibles sur internet :

Modélisation numérique des courants de la côte bretonne :
http://www.ifremer.fr/delao/www/bzh/ Simulations développées lors du naufrage de l'IEVOLI SUN :
http://www.ifremer.fr/envlit/surveillance/ievolisimulations.htm Lagunes :
http://www.ifremer.fr/delec/projets/lagunes/modelisation.htm Baie de Seine :
http://www.ifremer.fr/delec/eb/baiedeseine.htm PNEC Lagunes :
http://www.ifremer.fr/delec/eb/baiedeseine.htm Coriolis, projet français d'océanographie opérationnelle :
http://www.ifremer.fr/coriolis/accueil.htm Circulation à grande échelle :
http://www.ifremer.fr/lpo/themes/gea_circ.html Seine Aval :
http://seine-aval.crihan.fr//

 

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