CLIMATHS
Avancées fondamentales pour la modélisation des processus clés pour la réduction des impacts des changements climatiques
Axe Environnement
Mathématiques
∩ Physique
Aperçu
Développer la recherche fondamentale pour réduire les incertitudes liées à l’analyse des impacts du changement climatique. Développer l’analyse théorique et la modélisation du couplage océan-atmosphère et de la convection, des événements climatiques extrêmes, et des écoulements côtiers.
Mots clefs
Couplage océan-atmosphère, écoulements côtiers, événements extrêmes, interaction vagues-structures, convection, circulation océanique, assimilation de données, apprentissage statistique, analyse multi-échelles, soutenabilité, points de bascule, anticipation, prédiction
Coordination
- Anne-Laure Dalibard (Mathématiques, Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL), UMR 7598, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité)
- Freddy Bouchet (Physique, Laboratoire de météorologie dynamique (LMD), UMR 8539, CNRS, Ecole Polytechnique, ENS – PSL, Sorbonne Université)
Financement
- ≈ 1 million d’euros sur 5 ans
Résumé
Le projet ciblé CLIMATHS vise des développements fondamentaux qui sont requis pour réduire les incertitudes sur l’étude des impacts des changements climatiques. Le climat et ses principales composantes – parmi lesquelles l’atmosphère et l’océan – obéissent à des dynamiques complexes dont certains aspects sont encore mal compris, en dépit de leur importance cruciale pour l’humanité dans un contexte de dérèglement climatique.
Le projet rassemble une équipe issue de plusieurs communautés : mathématiciennes et mathématiciens, statisticiennes et statisticiens, physiciennes et physiciens, climatologues, océanographes et spécialistes des sciences de l’atmosphère, pour développer des collaborations interdisciplinaires.
Il est essentiel d’avoir des outils précis de quantification des impacts et des incertitudes qui demeurent pour éclairer les décisions. Les spécialistes s’accordent pour dire que les principales sources d’erreur dans les modèles climatiques, qui empêchent des prédictions locales précises, sont la modélisation des nuages, de la convection et des échanges dans les couches limites. Les événements extrêmes, étant donné leur impact sur la société et la biodiversité, et la difficulté de les quantifier et anticiper, nécessitent des développements théoriques spécifiques. Les milieux côtiers sont particulièrement fragiles et importants pour la société. Pour ces raisons, le projet est centré sur quatre thèmes scientifiques : l’analyse théorique et la modélisation du couplage océan-atmosphère, de la convection (circulation atmosphérique ou océanique), d’événements extrêmes et des écoulements côtiers.
De vrais progrès pour la compréhension du système climatique et la quantification des impacts de ses changements nécessiteront de développer des méthodologies nouvelles. En parallèle de ces quatre thèmes, le projet considère un axe méthodologique pour améliorer leurs modélisations : apprentissage statistique, changements d’échelles et analyses multi-échelles.
- Couplage océan-atmosphère : Analyse du couplage entre les deux couches limites turbulentes à l’interface, en tenant compte des effets non locaux et non linéaires, et en étudiant différentes paramétrisations. Paramétrisation stochastique du couplage.
- Convection : Compréhension des mécanismes de transfert de quantité de mouvement du vent à l’océan, et de la convection induite par les variations de flottabilité au bord. Description mathématique de la circulation méridienne atlantique (MOC). Analyse de l’oscillation quasi-biennale.
- Vagues extrêmes et écoulement côtiers : Développement d’outils numériques performants pour modéliser les vagues extrêmes dans des régimes fortement non linéaires ou faiblement dispersifs. Analyse mathématique et simulations numériques de modèles de structures flottantes 2D.
- Événements extrêmes en agronomie : Identification de points de bascule pour quelques écosystèmes agraires du 21ème siècle. Développement d’algorithmes d’événements rares pour la simulation d’événements extrêmes composés.
- Outils d’IA générative pour la modélisation du climat : Développement de modèles de diffusion de débruitage pour la génération d’événements extrêmes dans un système dynamique.
Analyse d’équations aux dérivées partielles déterministes et stochastiques, méthodes asymptotiques, analyse des événements extrêmes, analyse non linéaire, méthodes de formes normales, schémas numériques pour les équations aux dérivées partielles, algorithmes d’événements rares, apprentissage statistique et apprentissage machine, intelligence artificielle générative.
De nombreux membres du projet sont investis dans plusieurs structures qui visent à renforcer le lien entre sciences fondamentales, société et impact, comme le nouveau GDR « Océan et Mers » qui devrait réunir environ 5000 chercheuses et chercheurs de toutes les disciplines liées à l’océan, de la philosophie au climat en passant par le droit maritime, les projets européens dédiés à l’impact des extrêmes climatiques, l’Institut de Mathématiques pour la Planète Terre (iMPT), les projets étudiant les liens entre climat et transition énergétique, etc. Il y a un double intérêt à participer activement à de telles structures en parallèle de la recherche fondamentale : expliquer et rendre tangible la réalité des différents scénarios de changement climatique au sein de la population, et prendre en compte dans l’activité scientifique les questions que se pose la population. L’expérience montre que ce dialogue entre science et société est le moyen le plus efficace pour induire les changements radicaux de mode de vie qui s’imposent à nous.
Recrutements envisagés
- 3 post-doctorats (contrat de 2 ans)
- 1 doctorat
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