{"id":481,"date":"2023-08-29T08:30:00","date_gmt":"2023-08-29T06:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/gate-31.com\/?p=481"},"modified":"2024-01-11T18:52:58","modified_gmt":"2024-01-11T17:52:58","slug":"le-calcul-haute-performance-un-outil-precieux-pour-simuler-le-climat","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/app.gate-31.com\/index.php\/2023\/08\/29\/le-calcul-haute-performance-un-outil-precieux-pour-simuler-le-climat\/","title":{"rendered":"Le calcul haute performance, un outil pr\u00e9cieux pour simuler le climat\u00a0"},"content":{"rendered":"\n

Le calcul haute performance, aussi connu sous le nom HPC, permet d\u2019effectuer des calculs complexes et de traiter des donn\u00e9es massives \u00e0 des vitesses \u00e9lev\u00e9es bien au-del\u00e0 des capacit\u00e9s humaines gr\u00e2ce \u00e0 des milliers de n\u0153uds de calcul permettant de r\u00e9aliser une ou plusieurs t\u00e2ches en parall\u00e8le. Parmi les secteurs qui recourent le plus au calcul haute performance figure la climatologie (et la m\u00e9t\u00e9orologie).<\/p>\n\n\n\n

Et c\u2019est pr\u00e9cis\u00e9ment le sujet que nous avons choisi d\u2019aborder avec Xavier Fettweis, Climatologue et Professeur \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Li\u00e8ge en Belgique. <\/p>\n\n\n

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Xavier Fettweis, ULi\u00e8ge Geographie. Photo Jean Louis Wertz<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Xavier Fettweis utilise le Mod\u00e8le Atmosph\u00e9rique R\u00e9gional (MAR), un mod\u00e8le climatique tridimensionnel \u00e0 haute r\u00e9solution spatiale. D\u00e9velopp\u00e9 depuis la fin des ann\u00e9es 90\u2019 pour \u00e9tudier les r\u00e9gions polaires (et notamment la fonte du Groenland), le mod\u00e8le MAR est activement utilis\u00e9 par le Laboratoire de Climatologie de l\u2019Universit\u00e9 de Li\u00e8ge. \u00abNous faisons tourner le mod\u00e8le MAR sur le Groenland, l\u2019Antarctique et l\u2019Europe. Gr\u00e2ce \u00e0 ce mod\u00e8le, reconnu internationalement, nous sommes devenus un acteur de r\u00e9f\u00e9rence pour le GIEC \u00e0 qui nous fournissons les chiffres relatifs \u00e0 la hausse du niveau des mers suite \u00e0 la fonte des calottes polaires. Nous sommes tenus de r\u00e9aliser des projections de 150 ans (1950-2100) pour chaque mod\u00e8le global et chaque sc\u00e9nario. Le mod\u00e8le MAR permet aussi, bien entendu, d\u2019\u00e9tablir des pr\u00e9visions m\u00e9t\u00e9orologiques ou projections climatiques futures tr\u00e8s pr\u00e9cises pour la Belgique. \u00bb<\/p>\n\n\n

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A gauche, extr\u00eame de pr\u00e9cipitation sur 3 jours simul\u00e9 par le mod\u00e8le global allemand MPI-ESM1-2-HR
pour la fin Juillet 2034 (en mm \/ 3 jours). A droite, le m\u00eame \u00e9v\u00e9nement simul\u00e9 \u00e0 5km de r\u00e9solution par le
mod\u00e8le MAR forc\u00e9 par MPI-ESM1-2-HR. Cet \u00e9v\u00e9nement sugg\u00e9r\u00e9 en 2034 est identique \u00e0 celui observ\u00e9
en juillet 2021.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Le HPC, outil incontournable pour la simulation climatique ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le d\u00e9veloppement des mod\u00e8les du climat et leur utilisation pour pr\u00e9voir et comprendre le syst\u00e8me climatique ont \u00e9t\u00e9 rendus possibles gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019utilisation du HPC et \u00e0 la croissance de la puissance de calcul.  \u00ab Cette activit\u00e9 de simulation serait impossible \u00e0 r\u00e9aliser sans les supercalculateurs. Par exemple, si l\u2019on souhaite faire tourner le mod\u00e8le MAR sur 150 ans, nous initions plusieurs simulations en parall\u00e8le qui portent sur des p\u00e9riodes de 5 ans. Vu que l\u2019op\u00e9ration doit \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e pour une petite dizaine de mod\u00e8les globaux s\u00e9lectionn\u00e9s dans la base de donn\u00e9es du GIEC (il y en a une trentaine en tout) et ce, pour les 4 principaux sc\u00e9narios futurs du GIEC,  le travail de simulation porte sur des milliers d\u2019ann\u00e9es ! \u00bb <\/p>\n\n\n\n

Combien de temps faut-il pour simuler un an ? <\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00ab Je dirais qu\u2019avec 12 CPU\u2019s, une ann\u00e9e de simulation MAR sur la Belgique \u00e0 5 km de r\u00e9solution prend environ 1 \u00e0 2 jours de calcul. Pour les r\u00e9gions polaires, cela peut \u00eatre plus long, tout d\u00e9pend de la r\u00e9solution spatiale ; plus la r\u00e9solution spatiale est \u00e9lev\u00e9e, plus cela prend du temps. Il faut compter une augmentation d\u2019un facteur 8 pour un gain en r\u00e9solution spatiale d\u2019un facteur 2. Pour vous donner un ordre de grandeur, effectuer un an de simulation prend typiquement 3 \u00e0 4 jours pour couvrir le Groenland \u00e0 une r\u00e9solution de 10 km et une bonne semaine de calcul est n\u00e9cessaire pour couvrir l\u2019Antarctique \u00e0 une r\u00e9solution de 20 km. \u00bb<\/p>\n\n\n\n

Le recours aux supercalculateurs locaux et\/ou europ\u00e9ens <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nous l\u2019avons mentionn\u00e9, la climatologie figure parmi les secteurs les plus consommateurs de calcul intensif. \u00ab Chaque pays utilise, en priorit\u00e9, des infrastructures locales de calcul que ce soit pour la m\u00e9t\u00e9orologie ou la climatologie. Faire tourner les mod\u00e8les du climat n\u00e9cessite des CPU\u2019s ce qui justifie l\u2019utilisation, en priorit\u00e9, de supercalculateurs locaux. Le D\u00e9partement de Climatologie de l\u2019Universit\u00e9 de Li\u00e8ge recourt aux infrastructures de calcul intensif du Cenaero et du CECI. Il arrive aussi que certains programmes tournent sur des supercalculateurs internationaux que ce soit en Finlande ou en Italie o\u00f9 nous avons acc\u00e8s au supercalculateur international du Centre Europ\u00e9en (ECMWF) utilis\u00e9, notamment, pour les pr\u00e9visions m\u00e9t\u00e9orologiques \u00e0 moyen terme. \u00bb <\/p>\n\n\n\n

Impact environnemental de l\u2019utilisation du HPC <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Les super calculateurs sont \u00e9nergivores. Peut-on \u00e9valuer la \u00ab balance \u00bb entre consommation \u00e9nerg\u00e9tique et \u00ab ROI \u00bb de l\u2019activit\u00e9 ? <\/em><\/p>\n\n\n\n

\u00ab C\u2019est une tr\u00e8s bonne question qui pr\u00e9occupe la communaut\u00e9 des climatologues : r\u00e9aliser \u00e9norm\u00e9ment de calculs pour d\u00e9montrer le r\u00e9chauffement climatique peut sembler aberrant. C\u2019est la raison pour laquelle, il serait peut-\u00eatre bon d\u2019espacer la publication des rapports du GIEC. Car publier syst\u00e9matiquement un rapport tous les 5-7 ans n\u2019est pas forc\u00e9ment utile : la science n\u2019a pas toujours \u00e9volu\u00e9 et il est parfois inutile de refaire tourner tous les mod\u00e8les du climat (les mod\u00e8les globaux puis les mod\u00e8les r\u00e9gionaux et les mod\u00e8les d\u2019impact) pour obtenir des chiffres qui, au final, seront probablement fort proches de ceux du pr\u00e9c\u00e9dent rapport. \u00c9videmment, cela n\u2019emp\u00eache pas de r\u00e9aliser, entre deux rapports, d\u2019importantes simulations si une am\u00e9lioration dans les mod\u00e8les ou une observation sugg\u00e8re qu\u2019un important processus ou r\u00e9troaction positive n\u2019a pas encore \u00e9t\u00e9 pris en compte dans les projections futures du climat. \u00bb<\/p>\n\n\n\n

Le calcul haute performance, r\u00e9v\u00e9lateur du r\u00e9chauffement climatique ? <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Les derniers rapports du GIEC ont\u00a0\u00a0point\u00e9 les modifications r\u00e9centes du climat et ont finalement \u00e9tabli un lien direct entre l\u2019activit\u00e9 humaine et le r\u00e9chauffement climatique. Ce constat a-t-il pu \u00eatre \u00e9tabli gr\u00e2ce aux supercalculateurs\u00a0?\u00a0<\/em><\/p>\n\n\n\n

\u00ab Tout \u00e0 fait ! En int\u00e9grant l\u2019augmentation des gaz \u00e0 effet de serre dans les mod\u00e8les globaux, nous avons \u00e9t\u00e9 capables de reproduire, par simulation, les ph\u00e9nom\u00e8nes que nous connaissons aujourd\u2019hui \u00e0 savoir : les augmentations de temp\u00e9ratures, la fonte des calottes polaires, la hausse du niveau des mers, les \u00e9v\u00e9nements extr\u00eames plus fr\u00e9quents et plus intenses,\u2026 Si nous n\u2019int\u00e9grons pas les \u00e9missions de gaz \u00e0 effet de serre \u00e9mis par les activit\u00e9s humaines, \u00e0 ce moment-l\u00e0, les mod\u00e8les ne sont plus capables de simuler les changements que nous connaissons aujourd\u2019hui. C\u2019est ainsi que le GIEC a pu \u00e9tablir un lien, d\u00e9sormais indiscutable, entre l\u2019activit\u00e9 humaine et le r\u00e9chauffement climatique. Il y a 30 ans, seuls les mod\u00e8les sugg\u00e9raient le r\u00e9chauffement climatique alors qu\u2019aujourd\u2019hui, les observations confirment ce que les mod\u00e8les pr\u00e9disaient. \u00bb<\/p>\n\n\n\n

La Belgique, moteur de changement ? <\/strong><\/p>\n\n\n\n

En Belgique, la principale source des \u00e9missions de CO2 est le transport de marchandises et de personnes. \u00ab Pour contribuer \u00e0 limiter notre empreinte carbone, l\u2019id\u00e9al serait de privil\u00e9gier le transport de marchandises de proximit\u00e9 par trains. Ce serait d\u00e9j\u00e0 une piste d\u2019action \u00e0 privil\u00e9gier. Au m\u00eame titre que l\u2019adoption de la mesure Stop au B\u00e9ton <\/em>afin de conserver les espaces verts et limiter les espaces construits (b\u00e9tonn\u00e9s) en privil\u00e9giant les projets de r\u00e9novation au profit de nouvelles constructions. La Belgique et l\u2019Europe devraient montrer l\u2019exemple en passant \u00e0 l\u2019action car si on veut limiter le r\u00e9chauffement climatique \u00e0 +1.5\u00b0C en 2100, c\u2019est d\u00e8s maintenant qu\u2019il faut se bouger ! \u00bb<\/p>\n\n\n\n

\u00ab Mod\u00e9lisateurs du climat \u00bb : un profil tr\u00e8s recherch\u00e9 !<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Des investissements importants sont actuellement r\u00e9alis\u00e9s dans la recherche en  climatologie et certains profils viennent \u00e0 manquer ; c\u2019est le cas des mod\u00e9lisateurs du climat.<\/p>\n\n\n\n

Ces profils, en g\u00e9n\u00e9ral, dipl\u00f4m\u00e9s en sciences exactes (g\u00e9ographes, physiciens, math\u00e9maticiens, \u2026) ou sciences appliqu\u00e9es (ing\u00e9nieurs, informaticiens, \u2026) sont fortement recherch\u00e9s par le secteur de la climatologie mais aussi par le monde des assurances et des \u00e9nergies renouvelables par exemple. Int\u00e9ress\u00e9s d\u2019en savoir plus ? \u261e  https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=OEN8z_XfzCA<\/a><\/p>\n\n\n\n

Image \u00a9 Dominique M\u00fcller<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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