Une étape importante dans la recherche sur la météo et le climat

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GAUCHE: ICON-ART permet de vérifier de manière indépendante les émissions offici
GAUCHE: ICON-ART permet de vérifier de manière indépendante les émissions officiellement rapportées par les pays (en vert), dans ce cas les émissions de méthane anthropiques, (en rouge : émissions estimées selon l’inventaire des émissions EDGAR ; en bleu : émissions réelles calculées à partir des mesures par ICON-ART). Pour de nombreux pays, les chiffres correspondent très bien, certains pays ayant même des émissions inférieures à celles rapportées - tandis que d’autres ont des émissions nettement plus élevées. DROITE: Le modèle de transport atmosphérique ICON-ART montre les différences entre les émissions estimées (à gauche) et les émissions réelles dérivées des mesures (au milieu), utilisant ici les émissions de méthane anthropiques, c’est-à-dire celles causées par les activités humaines, à travers l’Europe. Les émissions sont plus élevées qu’estimées dans les régions rouges et plus faibles dans les régions bleues (à droite). Les estimations d’émissions sont basées sur les données de l’inventaire des émissions EDGAR du Centre commun de recherche de l’Union européenne (JRC) (https://edgar.jrc.ec.eu­ropa.eu/), qui contient de nombreux facteurs d’émission et sources, incluant dans ce cas le nombre de vaches dans une cellule de grille et les émissions annuelles de méthane par vache.

Une équipe de chercheurs allemands et suisses impliquant l’Empa franchit une étape importante dans la recherche sur la météo et le climat : Depuis le début du mois de février, le fameux modèle climatique et météorologique ICON est mis à disposition de tous les intéressés sous une licence open source. Cette initiative vise à rendre la science et les services scientifiques qui l’accompagnent plus transparents. Parallèlement, cela favorise de nouvelles avancées scientifiques dans un domaine qui peut particulièrement bénéficier à la société à l’heure du changement climatique.

ICON (ICOsahedral Non-hydrostatic modelling framework) est un modèle météorologique numérique qui utilise une simulation informatique tridimensionnelle pour calculer les changements dans l’atmosphère au cours des heures et des jours à venir. De tels modèles météorologiques sont principalement utilisés par les services météorologiques nationaux tels que l’Office fédéral de météorologie et de climatologie (MeteoSwiss). Les institutions de recherche à l’origine d’ICON et ses développeurs actuels sont le Center for Climate Systems Modeling (C2SM, lui-même composé de l’Office fédéral de météorologie et de climatologie MeteoSwiss, l’ETH Zurich, l’Empa et le WSL), le Centre allemand de calcul climatique (DKRZ), le Service météorologique allemand (DWD), l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et l’Institut Max Planck pour la météorologie (MPI-M).

ICON montre à quel point la collaboration entre la recherche et les services météorologiques nationaux est bénéfique: La coopération étroite permet des prévisions météorologiques et des projections climatiques très précises, qui profitent non seulement à la communauté scientifique mais aussi au grand public. La publication du code est une étape importante vers le renforcement de la confiance dans la science et les institutions de recherche. Oliver Fuhrer, chef du département des prévisions numériques à MétéoSuisse, le souligne: "La mise à disposition en libre accès du modèle ICON marque un moment décisif dans la recherche météorologique. Le modèle ICON est actuellement en phase de test à MétéoSuisse, l’objectif étant de l’utiliser pour les prévisions météorologiques quotidiennes dans le courant de l’année".

ICON a été initialement développé conjointement par le DWD et le MPI-M en tant que modèle de prévision atmosphérique et météorologique et est désormais utilisé en Allemagne et en Suisse pour la prévision météorologique opérationnelle. En ce qui concerne la recherche climatique, le MPI-M a développé des modèles adaptés à d’autres composantes du système terrestre qui permettent à ICON d’être utilisé comme un modèle climatique et de système terrestre couplé. En plus de la composante du modèle pour la circulation océanique, d’autres existent pour la biogéochimie marine ainsi que pour la biosphère terrestre et les processus hydrologiques.

L’Interface Communautaire spécialement développée (ComIn), par exemple, permet aux scientifiques d’étendre le modèle ICON avec leurs propres modules complémentaires sans avoir à modifier le code complexe du modèle. Cela favorise non seulement la flexibilité dans la recherche, mais libère également le pouvoir d’innovation au sein de la communauté scientifique.

Le KIT a développé une composante de modèle - ICON-ART - qui permet la prédiction des aérosols et de la chimie atmosphérique et de leur interaction avec l’état physique de l’atmosphère. Les aérosols et la composition chimique de l’atmosphère déterminent la qualité de l’air et influencent le rayonnement solaire, les nuages et les précipitations. L’Empa a également participé au développement d’ICON-ART et a développé un module pour l’intégration efficace des données d’émission et mis en oeuvre un schéma détaillé pour les réactions chimiques, qui est important pour les simulations de la qualité de l’air. Le composant logiciel YAC nécessaire pour coupler les sous-modèles a été développé conjointement par le DKRZ et le MPI-M et publié en open source dès le départ.

Tous les sous-modèles sont inclus dans la version open source, permettant ainsi à ICON d’être utilisé dans une large gamme de résolutions et de configurations pour une multitude d’applications - des prévisions météorologiques mondiales et régionales et des projections climatiques aux "jumeaux numériques" à très haute résolution du système terrestre.

La publication du code source du modèle ICON sous une licence open source constitue une étape décisive vers une science ouverte, transparente, de qualité et collaborative. Les chercheurs du monde entier auront l’opportunité de s’appuyer sur l’un des principaux modèles de prévisions météorologiques et de simulations climatiques et de travailler ensemble sur des projets pionniers. L’utilisation commerciale est également possible sous licence. Cette publication intervient dans un contexte transformation du paysage de la recherche qui favorise une collaboration accrue et l’échange de connaissances.

La version open source facilite l’intégration d’ICON dans les collaborations internationales de recherche et renforce la position de l’Europe dans le domaine de la recherche sur le climat et les conditions météorologiques. Elle permet également une collaboration plus efficace avec les fabricants de superordinateurs, qui peuvent tester et améliorer les performances de leur matériel à l’aide de modèles météorologiques et climatiques.

"La licence open source simplifiera l’échange avec nos partenaires scientifiques et pourrait soutenir la création de nouvelles start-ups innovantes dans le secteur environnemental", déclare Dominik Brunner, responsable du groupe de Modélisation Atmosphérique et Télédétection dans le laboratoire de Pollution de l’Air / Technologie Environnementale d’Empa. Selon Brunner, ICON-ART, associé aux mesures au sol et aux données satellitaires, permet également de détecter et de quantifier de manière encore plus fiable les sources de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques.

L’équipe de Brunner vient de publier un exemple impressionnant sur la plateforme experte EGUsphere. Les chercheurs ont utilisé ICON-ART pour estimer les émissions de méthane à travers l’Europe et les ont comparées aux quantités officiellement rapportées par les pays individuels. Selon le chercheur de l’Empa, il y a une très bonne correspondance pour de nombreux pays, certains ayant même des émissions inférieures à celles rapportées - tandis que d’autres ont des émissions nettement plus élevées. L’étude sera bientôt publiée dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics.