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Terre Univers Environnement

Couplage de modèles

Principes, méthodes et applications

par Natacha Cauchies - 8 mai 2011

Journée transversale

Mercredi 27 septembre 2006, Salle Manuel Forestini, OSUG, 414, rue de la piscine.

Programme des interventions

  • 09h30 : Couplage de modèles : méthodes mathématiques et numériques -
    Éric Blayo (LMC)
  • 10h30 : Couplage de modèles : méthodes d’implémentation -
    Laurence Viry (LMC)
  • 11h00 : Paramétrisation des vents catabatiques en Antarctique -
    dans un modèle couplé Ocean/Glace de mer
    Pierre Mathiot (LEGI)
  • 11h30 : Couplage de modèles mécaniques, thermiques et érosifs -
    Xavier Robert (LGCA)

Résumés et présentations

- COUPLAGE DE MODÈLES : MÉTHODES MATHÉMATIQUES ET NUMÉRIQUES

Éric Blayo (LMC)

La plupart des problèmes en géophysique ne sont pas "fermés", en ce sens qu’il y a le plus souvent interaction du domaine considéré avec un domaine extérieur (modèle local forcé à ses frontières par une solution globale) et/ou avec un autre milieu (par exemple océan- atmosphère).

Selon la nature mathématique des modèles en interaction, et selon les contraintes pratiques (disponibilité ou non des modèles numériques, méthodes numériques utilisées, coûts de calcul), plusieurs outils mathématiques et numériques sont envisageables : conditions de frontière ouverte, couplage d’équations, méthodes de décomposition de domaine, raffinement de maillage ... Nous essaierons de dresser un panorama de ces méthodes, en expliquant leur principe et leur cadre d’application.

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- COUPLAGE DE MODÈLES : MÉTHODES D’IMPLÉMENTATION

Laurence Viry (LMC)

Dans de nombreux domaines apparaît le besoin de faire interagir plusieurs disciplines scientifiques, des problèmes multi-échelle ou multi-physiques dans le but d’obtenir une meilleure représentation et une interaction réelle entre les systèmes et d’en raffiner les simulations. En complément des méthodes numériques et/ou des algorithmes de couplage se pose le problème de l’implémentation de ces couplages, avec ou sans coupleur. Actuellement, une méthode consiste souvent à inclure des fonctionnalités de couplage dans les codes des modèles à coupler, d’y introduire des outils permettant à ces modèles de communiquer et à se synchroniser (MPI), on verra les limites d’une telle implémentation. Il ne sera pas fait un inventaire exhaustif de tous les coupleurs mais plutôt des critères recherchés dans un outil de couplage à travers la présentation d’outils comme PALM (http://www.cerfacs.fr/~palm/) et CORBA (Common Object Request Broker Architecture).

On verra comment l’utilisation du coupleur PALM :

* apporte une grande flexibilté dans la recherche et l’implémentation de nouvelles méthodes en assurant l’enchaînement et la synchronisation des opérations élémentaires d’un algorithme de couplage,
* favorise l’exploitation des deux niveaux de parallélisme, le parallélisme entre les composants et le parallélisme de l’implémentation de chacun des composants,
* apporte des outils performants de communication, de redistribution et de transformation de données (interpolation temporelle ou interpolation spatiale) entre les différentes unités parallèles au cours des communications,
* simplifie l’ajout d’un nouveau composant,
* fournit des unités algébriques permettant de séparer la partie algébrique de la partie physique du problème ...

CORBA apporte en plus des critères de modularité, d’extensibilité à l’ensemble des besoins d’interopérabilité nécessaires au déploiement d’une application de couplage sur des calculateurs hétérogènes distants (hétérogénéité de matériel et/ou de systèmes d’exploitation, de réseau), utilisant des languages hétérogènes.

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- PARAMÉTRISATION DES VENTS CATABATIQUES EN ANTARCTIQUE
DANS UN MODÈLE COUPLÉ OCEAN/GLACE DE MER

Pierre Mathiot (LEGI), Bernard Barnier (LEGI) et Hubert Gallée (LGGE)

Les vents catabatiques sont des écoulements gravitaires dûs au fort déficit radiatif durant les mois d’automne, d’hivers et de printemps. Ces vents, violents en Antarctique, sont intimement liés à la topographie. Une fois au-dessus de l’océan Austral, ils génèrent une forte perte de chaleur, d’où une intense formation de glace.

L’exportation de cette glace nouvellement formée par le vent entraîne l’apparition d’une zone libre de glace près de la côte, appelée polynie côtière.

La présence de ces polynies, a une forte importance pour la production d’eau de fond Antarctique ainsi que sur le bilan d’eau douce en surface. En effet, le fort refroidissement et le rejet de sel dû à la formation en continu de glace de mer provoquent une augmentation de la densité des eaux de surface au niveau des polynies, ainsi qu’une augmentation de la salinité de surface sur quasiment tout le pourtour Antarctique, notamment en mer de Weddell.

Le problème est que les champs de forçages atmosphériques du centre Européen de météorologie représentent très mal les vents catabatiques. J’ai donc essayé de faire une correction de ces champs de forçage afin de prendre en compte les vents catabatiques.

Le but de cet exposé est de vous présenter la parametrisation effectuée ainsi que les effets observés sur la glace de mer et aussi sur les masses d’eau.

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- COUPLAGE DE MODÈLES MÉCANIQUES, THERMIQUES ET ÉROSIFS

Xavier Robert (LGCA), P. Van der Beek (LGCA), J.-L. Mugnier (LGCA) et J. Braun (Géosciences Rennes)

Il est connu que les paysages sont fortement façonnés par un forçage tectonique, mais aussi par une interaction avec les phénomènes érosifs (Beaumont et al., 1992 ; Kooi and Beaumont, 1996). Ce couplage est difficilement quantifiable, ce qui nous a poussé à modéliser différents types de couplages Tectonique - Erosion. Pour contraindre nos modèles, nous reproduisons des marqueurs thermochronologiques issus de données de terrain, ce qui nous oblige à coupler nos modèles d’évolution à un modèle thermique.

Ici, nous présentons 3 études, une complète, et deux en cours de développement. La première (finalisée) consiste en une modélisation d’un rebond isostatique dans une zone montagneuse sans composante d’advection horizontale (Dabie Shan, Nord - Est de la Chine, Braun and Robert (2005)), la seconde en une modélisation du front d’un jeune bassin flexural (Karnali River, Siwaliks, Ouest du Népal), et la dernière en une modélisation du fonctionnement d’un chevauchement au sein d’un orogène (Main Central Thrust, Népal central).

>>> Présentation PDF.

Bibliographie

  • C. Beaumont, P. Fullsack, and J. Hamilton.
    Erosional control of active compressional orogens.
    In Thrust Tectonics, pages 1-18, New York, 1992.
  • J. Braun and X. Robert.
    Constraints on the rate of post-orogenic erosional decay from low temperature thermochronological data : application to the Dabie Shan, China.
    Earth Surface Processes and Landforms, 30 : 1203-1225, 2005.
  • H. Kooi and C. Beaumont.
    Large-scale geomorphology : classical concepts reconsiled and integrated with contemporary ideas via a surface process model.
    Journal of Geophysical Research, 101 : 3361-3386, 1996.

       

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