Projet 1 : Intégration et validation d'un schéma microphysique à 2 moments dans Méso-NH

Participant : Christelle Barthe

Ce projet déjà référencé n'a pu être traité l'an dernier.

Des questions se posent sur l'aptitude des schémas microphysiques utilisés actuellement dans les modèles mésoéchelles à reproduire la structure microphysique des cyclones tropicaux.
Une nouvelle approche consiste à utiliser comme variables pronostiques la concentration en nombre de la glace primaire, le rapport de mélange des particules de glace croissant par diffusion de vapeur et le rapport de mélange des particules de glace grossissant par givrage.
Ainsi, les particules glaces ne sont pas partitionnées a priori dans des catégories.
Un tel schéma microphysique à deux moments (Morrison et Grabowski, 2008) est en cours d'intégration dans Méso-NH. Il sera tout d'abord évalué dans un cadre bidimensionnel et comparé aux autres schémas microphysiques de Méso-NH. Il sera ensuite testé en 3D sur différents types de nuage et différents types d'orages.

Projet 2 : Développement et validation d'un schéma électrique explicite dans Méso-NH

Participants : Christelle Barthe et Christophe Bovalo

Synthèse de l'année écoulée :
L'algorithme d'activité électrique (Barthe et Pinty, 2007) a été ré-écrit dans une version parallélisée. Des tests ont été réalisés sur différents systèmes convectifs sur 1 à 32 processeurs.
L'analyse de deux orages idéalisés a montré que le nouveau schéma électrique est capable de reproduire des taux d'éclairs comparables aux observations et de limiter la densité de charge électrique et le champ électrique à des valeurs habituellement observées.
Après des tests et une validation par l'équipe de soutien Méso-NH, le schéma électrique sera intégré dans la prochaine version de Méso-NH (automne 2011).
Un article est en préparation pour soumission à Geoscientific Model Development (Barthe, C., M. Chong, J.-P. Pinty, C. Bovalo, and J. Escobar, Updated and parallelized version of an electrical scheme to simulate multiple electrified clouds and flashes over large domains).

Perspectives de l'année :
Afin d'établir le potentiel de l'activité électrique comme prédicteur des phases d'intensification des cyclones tropicaux, une simulation de cyclone idéalisé électrisé sera réalisée. En s'affranchissant de l'influence de l'environnement, la structure électrique du système et sa variabilité selon les phases du cyclone (intensification, stade mature...) sera analysée. La distribution spatio-temporelle des éclairs sera aussi étudiée afin de comprendre où et quand sont préférentiellement déclenchés les éclairs dans un cyclone (mur de l'oeil, bandes précipitantes).
Lorsque de nouveaux développements seront intégrés au schéma électrique (nouvelle paramétrisation des processus non-inductifs, nouveaux diagnostics), ils seront testés sur les cas idéalisés habituels.

Projet 3 : Etude numérique des relations entre le taux d'éclairs et différents paramètres microphysiques et dynamiques

Participant : Christophe Bovalo

Synthèse de l'année écoulée :
À l'heure actuelle, il n'existe que 3 modèles numériques qui intègrent des schémas d'éclairs explicites (processus d'électrisation du nuage et propagation des éclairs). Cependant, à cause
du coût numérique important, ces schémas ne peuvent être utilisés par les modèles de prévision numérique. Une alternative pour se renseigner sur le taux d'éclairs serait de trouver
des paramètres dynamiques et/ou microphysiques (appelés proxies) pouvant estimer le taux d'éclairs. Ces relations peuvent être utilisées pour d'autres applications comme la production
d'oxydes d'azote par les éclairs et inversement, la connaissance de l'état électrique pourrait être utilisée pour déduire les caractéristiques et le stade d'évolution de systèmes convectifs
(en particulier en l'absence de données satellite ou radar).
Plusieurs études issues de campagnes de mesures ont montré de bonnes corrélations entre taux d'éclairs et masse de glace, vitesse verticale maximale, volume d'updraft, taux de
précipitation instantanée, etc. Cependant, aucune étude n'a tenté de relier le taux d'éclairs simulé par un modèle avec des paramètres eux aussi simulés. Un des avantages de cette
approche d'avoir la même résolution spatio-temporelle à la fois pour les éclairs et pour les paramètres simulés.
Le modèle Méso-NH, couplé à un schéma électrique explicite, a été utilisé pour simuler 8 orages (et pour différents types de convection). Les résultats montrent que la masse de
graupel et le volume d'updraft sont les meilleurs proxies. Des régressions linéraires ont été réalisées afin d'obtenir une équation qui a permis de “reconstruire” les taux d'éclairs simulés.
Les résultats ont été présentés à l'International Conference on Atmospheric Electricity en Août 2011.

Perspectives d'utilisation pour l'année en cours :
Afin d'améliorer les résultats obtenus, des tests de sensibilité vont être réalisés. En particulier, l'impact des différentes paramétrisations des processus non-inductifs va être étudié ainsi que la résolution temporelle utilisée pour calculer le taux d'éclairs. À la fin de cette étude, un article devrait être soumis à l'Atmospheric Chemistry and Physics.

Projet 4 : Simulation des ondes de gravité générées par les cyclones tropicaux

Participants : Chouaïbou Ibrahim (ATER), Fabrice Chane-Ming (MC HDR)

Afin d'étudier les ondes de gravité générées par le cyclone tropical Ivan, il a fallu redéfinir une nouvelle échelle verticale avec une plus grande concentration de niveaux dans la couche
limite pour bien représenter les flux océan-atmosphère, mais aussi la région de la haute troposphère - basse troposphère où sont générées et se propagent les ondes de gravité. (cf
Christelle Barthe pour le bilan du projet : Mise au point d'une échelle verticale pour la simulation des ondes de gravité générées par le cyclone Ivan.)
Cette échelle a été utilisée pour reproduire numériquement le cyclone tropical Ivan par le modèle Méso-NH sur les calculateurs de Météo-France dans un premier temps à cause de
l’initialisation par des champs Aladin-Réunion (thèse de Ibrahim Chouaibou, 2011). La simulation est effectuée sur un domaine (45.6-68°E/9.2-22°S) avec une résolution horizontale
de 4km (grille de 360*600pts) avec 55 niveaux verticaux (résolution verticale moyenne de 500 m) en haute troposphère et basse stratosphère.

Perspectives d'utilisation pour l'année en cours :
La simulation sera portée sur le calculateur Titan pour une étude de reproductibilité (semestre 1, 2012) à cause de la soutenance de Chouaibou Ibrahim prévue fin octobre 2011.
Les caractéristiques des ondes pourront alors initialiser le modèle de rétrotrajectoires d’onde installé sous le CCUR pour l’étude des sources.

Projet 5 : Impact de l'orographie sur la trajectoire et la structure des cyclones

Participant : David Barbary

La compréhension des interactions entre un cyclone et un relief marqué comme celui de La Réunion est importante pour l'évaluation des impacts hydro-météorologiques (vents extrêmes
et précipitations intenses). Faisant suite à la thèse de S. Jolivet soutenue en 2008, ce travail vise à mieux comprendre l’influence du relief de La Réunion sur les trajectoires de cyclones
lorsqu’ils s’approchent de l’île. En 2010-2011, l’étude idéalisée par le biais de simulations numériques idéalisées à haute résolution (4 km) avec Meso-NH ont été réalisées sur le
CCUR. Les résultats suggèrent un ralentissement à l’approche de l’île et une déviation de quelques dizaines de kilomètres dépendant de la distance entre le cyclone et l’île.

Perspectives d'utilisation pour l'année en cours :
L’analyse des mécanismes de déflection sur les simulations réalisées en 2010-2011 a pris du retard, et doit être poursuivie en 2011-2012. Ces mécanismes pourront être analysés à partir
de la décomposition de l’équation d’évolution du tourbillon. L’étude de l’évolution de l’énergie cinétique turbulente est aussi une piste pour comprendre les processus mis en jeu.
Ce travail d’expertise passe par le codage de nouvelles fonctionnalités (dans ou à l’extérieur du modèle Méso-NH) et la relance de certaines simulations. La production des résultats sera
conclue en 2012, et doit aboutir à une publication dans une revue à comité de lecture.

Projet 6 : Quantification des échanges méridiens à travers la barrière stratosphérique subtropicale

Participant : Nahoudha Mze

Synthèse de l'année écoulée :
Le modèle numérique MIMOSA (Modélisation Isentrope du transport Méso-échelle de l’Ozone Stratosphérique par Advection) permet d’effectuer des simulations à haute résolution de l’advection isentrope. L’un des objectifs de ma thèse est de quantifier le transport dans la basse stratosphère tropicale et à travers la barrière subtropicale en combinant de façon optimale des observations spatiales de traceurs (O3) et des simulations à haute résolution de l’advection isentrope de ces traceurs (modèle MIMOSA). Les sorties de champs de PV advectés par MIMOSA ont permis l’étude de différents processus de transport. En effet, une publication de rang « A » a été publié et dont certains résultats portent sur les simulations du modèle MIMOSA (Bencherif et al., 2011, ACP). Il est également envisagé une conférence et un article sur un cas d’étude dans les tropiques également basé sur des simulations du modèle MIMOSA.
Les simulations ont permis notamment d’établir la relation PV-O3 dans la basse stratosphère. Ainsi, une méthode d’assimilation de l’ozone stratosphérique avec le modèle d’advection MIMOSA (devenu MIMOSA-O3) a été développée grâce aux données GOMOS sur ENVISAT (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars/ENVIronnemental SATellite). Le modèle MIMOSA-O3 est en cours de validation dans les tropiques en comparant les sorties de MIMOSA-O3 aux valeurs d’ozone du réseau SHADOZ autour de la barrière subtropicale.

Perspectives d'utilisation pour l'année en cours :
La région tropicale est le lieu où l’air rentre préférentiellement dans la stratosphère. Le transport des constituants vers la stratosphère des moyennes et hautes latitudes se produit ensuite à travers les barrières dynamiques subtropicales par différents mécanismes : déferlement d’ondes de Rossby et de gravité, formation de filaments et de couches turbulentes. Si les mécanismes à l’origine de ce transport sont maintenant connus, la quantification de leur contribution aux échanges méridiens ainsi que la localisation des régions où il se produit préférentiellement restent à faire. Ainsi après avoir validé MIMOSA-O3 (une méthode d’assimilation de l’ozone stratosphérique avec le modèle d’advection MIMOSA établit à partir des observations spatiales d’O3 de GOMOS et de la relation entre la PV et l’ozone), on identifiera les régions où le transport se produit préférentiellement. En effet, en combinant les sorties de MIMOSA-O3 et les champs de vent, on pourra par la suite étudier le flux d’ozone à travers la barrière subtropicale et établir une quantification du transport dans la basse stratosphère.

Projet 7 : Etude du transport et des transformations physico-chimiques des aérosols 

Participant : Nelson Begue

Synthèse de l'année écoulée :
Le travail s’est orienté sur l’analyse du cas de transport de poussière désertique observé lors de la campagne EUCAARI 2008. En particulier, sur l’impact des
précipitations sur la distribution en taille des aérosols désertiques au cours de leur transport.
L’utilisation de Titan a permis le développement et l’évaluation du schéma de lessivage implicites des poussières désertiques, et également la réalisation des « prep_realcase » en
repartant des analyses tout en conservant les champs chimie-aérosols. Afin d’étudier ce cas de transport, trois simulations ont été réalisées avec une résolution de 25 km : une simulation
incluant le schéma explicite et implicite de lessivage des aérosols, une autre en incluant uniquement le schéma explicite de lessivage et une dernière en incluant aucun schéma de
lessivage. Les résultats obtenus ont mis en évidence le fait que des modifications dans les relations de dépendance en longueur d’onde des paramètres optiques (ex : coefficient
d’extinction, coefficient d’Angström…) reflètent des changements dans la distribution en taille des aérosols. Ainsi selon la distance du transport et le temps de résidence des aérosols,
les propriétés optiques de ces derniers peuvent être modifiées. Les premiers résultats obtenus seront soumis, avant la fin août, sous forme d’un article a une revue scientifique
(Atmospheric Chemistry and Physic) en vue d’une publication. De plus, ces résultats ont été également présentés lors d’un séminaire (Gordon Reserach Seminar) et d’une conférence
(Gordon Research Conference) qui se sont déroulés au Etats-Unis durant la période du 9 au 15 juillet 2011.

Les perspectives pour l'année en cours :
Le travail pour cette nouvelle année s’inscrit dans la continuité de l’analyse du cas de transport de poussière désertique observé lors cette campagne EUCAARI 2008. La suite du
travail consiste à introduire la chimie dans les simulations afin de compléter notre étude sur le vieillissement de ces aérosols désertiques. L’étude s’orientera plus particulièrement sur
l’évolution des propriétés hygroscopiques de cette catégorie d’aérosols. Cette situation est particulièrement intéressante car les observations ont montrées la présence de noyau de
condensation (CCN) et également de CCN géant (GCCN). Ainsi cette situation est un bon cas d’illustration, où après une modification de la composition chimique des particules de
poussières, en interagissant avec des masses d’air urbaines « polluées », celles-ci peuvent agir en tant que CCN, alors qu’initialement elles sont incapables d’agir en tant que tel. Une
analyse d’un cas de transport d’aérosols issus des feux biomasses au-dessus de l’océan Indien est également envisagée. L’utilisation de Titan pour l’année suivante sera similaire à celle de
l’année dernière. En effet, les capacités numériques de TITAN ne nous permettent pas d’effectuer des simulations physico-chimiques sur des grilles de calculs suffisantes. Les
simulations sont portées sur des machines plus puissantes comme celles de l’Idris ou du Cines. En revanche, Titan s’avère très utile pour tester nos développements numériques dans
une configuration multi-processeurs. C’est donc dans cette configuration que nous utiliserons Titan cette année.

Projet 8 : Distribution et transformation hétérogène du soufre volcanique lors des éruptions du Piton de la Fournaise 

Participant : Jonathan Durand, Pierre Tulet

Le présent projet se place dans le cadre du projet FOURNEX(Fournaise Experiment) qui vise à faire du Piton de la Fournaise un laboratoire d'étude des processus eruptifs.

FOURNEX est un projet multidisciplinaire regroupant des volcanologistes (OVPF, IPGP, Université de la Réunion, LA/OMP et IPSL), et des ingénieurs travaillants dans la qualité de l'air (ORA). Il a pour ambition d'étudier et d'améliorer la gestion du risque volcanique sur les populations et sur les écosystèmes de l'île de la Réunion.

Dans ce cadre, le projet vise à simuler les injections de polluants dans la basse et moyenne troposphère, étudier la formation de systèmes convectifs engendrés par l'entrée de la lave en mer, et modéliser les transformations hétérogènes du soufre volcanique, leur distribution sur l'île et les dépôts acides associés.

La première partie du projet (stage de Master 2) va permettre d'introduire une chimie réactive du du soufre afin d'établir les régions de dépassement des seuils sanitaires et d'estimer le dépôt sec et éventuellement les précipitations acides.

L'outil de modélisation est basé sur le modèle MesoNH-Chimie, muni d'un schéma réactif gazeux, d'aérosol et de chimie aqueuse.

Projet 1 : Cartographie du fluage du manteau supérieur sous l'océan indien

Participants : Guilhem Barruol, Fabrice R. Fontaine

Synthèse de l'année écoulée :
L'analyse des données sismologiques des stations permanentes installées à La Réunion et plus généralement dans l'ouest de l'océan indien permet d'effectuer des mesures d'anisotropie
sismique du manteau lithosphérique et asthénosphérique sous les stations considérées. En analysant de façon systématique de longues périodes d'enregistrement (de l'ordre d'une
dizaine d'années ou plus) par des méthodes de mesure de déphasage des ondes S télésismiques ou bien par la mesure des déviations de polarisation des ondes P télésismiques,
notre objectif est de décrypter la partie lithosphérique ancienne de la déformation du manteau de celle plus récente voire actuelle qui peut être localisée dans l'asthénosphère sous-jacente.
L'année 2010-2011 a été consacrée à la cartographie du fluage de manteau sous la trace du point chaud de La Réunion, depuis les Maldives en passant par l'île Maurice et par
l'intégration de l'ensemble des stations sismologiques du programme UnderVolc (PI F.Brenguier, OVPF).
Le traitement des données se fait via des logiciels spécialisés (SAC, Seismic Analysis Code) et des programmes fortran ou Matlab que nous avons développé pour nos propres besoins.

Perspectives d'utilisation en cours :
L'année 2011-2012 devrait permettre de finaliser le projet de cartographie des structures du manteau sous la Réunion mais sera aussi largement utilisée au traitement de données
provenant de l'expérience ARLITA (ARchitecture de la LIthosphère de Terre Adélie). Nous avons effectivement installé en 2009 des stations sismologiques en Terre Adélie (Antarctique)
pour étudier la structure de la croûte et du manteau supérieur sous cette région. Ces données seront récupérées en novembre 2011 et seront ensuite traitées en 2012.

Projet 2 : Projet de Modélisation Opérationnelle de l’océanographie régionale, des courants et des paramètres environnementaux

Participant : Emmanuel Cordier

Le projet de modélisation océanographique est actuellement en cours de montage.
La modélisation numérique devient de plus en plus un outil indispensable pour les efforts de gestion intégrée de l’océan. Cet outil se révèle important pour aider les océanographes, les
biologistes marins et les aménageurs du littoral à faire face à la complexité des échelles spatiales et temporelles des processus qui pilotent la variabilité climatique dans les environnements côtiers et régionaux. Les partenaires ne sont pas encore totalement identifiés mais une collaboration entre des laboratoires de l’Université (LGSR et/ou PIMENT) et l’IRD (Réunion et/ou CapeTown) est envisageable.

Le modèle qui sera utilisé est ROMS (actuellement installé sur le calculateur) dans sa version ROMS_AGRIF développée par l’IRD. Il sera implémenté sur l’Océan Indien occidental, à haute résolution, afin de suivre l’évolution des masses d’eau et des structures océaniques de méso-échelles. Un système d’emboîtement pourra être réalisé afin de réaliser des zooms et des simulations plus précises sur des secteurs de l’Océan Indien bien ciblés.

Projet 1 : Confort en Climat Chaud sans Climatiser. Raffraichissement passif des bâtiments

Participant : Boris Brangeon

Synthèse de l'année écoulée :
Etude numérique de la ventilation traversante naturelle d’un écoulement d’air incompressible dans une cavité ouverte par une approche DNS. Plusieurs cas ont été traités : Ra=1e5; 1e6, 1e7, 1.43e8 et 7.15e8. Ressources informatiques utilisées 64 processeurs pour un cas.

Perspectives de l'année en cours :
Etude numérique de la ventilation traversante naturelle pour des hautes valeurs de nombre de Rayleigh Ra=1e10 dans une cavité ouverte par une approche LES (Large Eddy Simulation). Lancement de plusieurs calculs en parallèles. Demande importantes de ressources.

Projet 2 : Génération de données climatiques

Participant : Matthieu David

Synthèse de l'année écoulée :
La version du générateur de climat NewRunéole développé cette année, a permis d’obtenir des données de rayonnement plus fiables et de générer des années types de meilleur qualité.
L’implémentation sous MySQL de nouvelles bases de données climatiques issues de Météo France et du BADC (centre météo anglais) a aussi permis de tester le code pour de nouvelle région à travers le monde.

Perspectives d'utilisation pour l'année en cours :
Les travaux prévus sont :
- l’amélioration du code NewRunéole, notamment au niveau des classifications et des chaines de Markov pour assurer une meilleur statbilité du processus.
- Immplémentation de nouvelle données climatiques sous MySQL pour étendre le champ des données à traiter.

Projet 1 : Détermination de la configuration absolue d’un produit naturel

Participants : Bertrand Illien, Arnaud Marvilliers

Synthèse de l'année écoulée :
Le LCSNSA découvre régulièrement de nouvelles molécules extraites de plantes ou d’organismes marins de La Réunion ou de la zone océan indien. L’étude théorique d’un des composés majoritaires d’une huile essentielle issue d’une espèce du genre Dodonea a été réalisée à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité.
Les géométries des conformères les plus stables de cette molécule ont été optimisées et les barrières d’énergie pour passer d’un conformère à l’autre évaluées. La comparaison des spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) expérimentaux et calculés (1H et 13C) a permis de mettre en évidence que les spectres expérimentaux correspondent à un mélange de conformères : la pondération des déplacements chimiques calculés de chaque conformère via une analyse de population de Boltzmann permet d’obtenir une meilleure corrélation à l’expérience.

Perspectives d'utilisation pour l'année en cours :
Cette molécule comporte deux carbones asymétriques qui sont S,R ou R,S selon les règles de la nomenclature Cahn-Ingold-Prelog. Les spectres RMN et infrarouge (IR) étant toujours identiques pour deux énantiomères, la caractérisation de l’énantiomère présent peut être réalisée par comparaison des spectres calculés de dichroïsme circulaire vibrationnel des deux énantiomères S,R et R,S au spectre expérimental. Le spectre expérimental sera réalisé dans un laboratoire métropolitain et les spectres calculés sont en cours de réalisation sur le calculateur du CCUR.

Projet 2 :  Réactivité d’un acide issu de la filière canne à sucre

Participants : Bertrand Illien, Arnaud Marvilliers

Plusieurs voies de valorisation des déchets issus de l’industrie sucrière et de distillerie sont en cours au LCSNSA. L’une d’elle concerne la valorisation chimique d’acides organiques issus du process industriel via leur fonctionnalisation afin d’obtenir des produits à forte valeur ajoutée pour la Chimie ou la Pharmacie. Cette étude théorique de chimie quantique cherche à expliquer la réactivité chimique particulière de certains de ces acides vis-à-vis de réactifs de fonctionnalisation.

Projet 3 : Détermination du pouvoir antiradicalaire

Participants : Bertrand Illien, Arnaud Marvilliers

L’un des savoir-faire du LCSNSA concerne la détermination du pouvoir antioxydant et antiradicalaire de substances naturelles diverses via plusieurs tests physico-chimiques. Une étude théorique des mécanismes élémentaires associés à ces différents tests a débuté afin de tenter de rationaliser des résultats expérimentaux du laboratoire. En 2011, le test antiradicalaire dit de la DPPH (2,2-diphényl-1-picrylhydrazyle) a été étudié d’un point de vue thermodynamique via des méthodes de fonctionnelle de la densité. Au cours de l'année 2011-2012, la cinétique de cette réaction va être étudiée.

Projet : Etude sur les flots TCP de l'Internet

Partcipant : Pascal Anelli

Finir l'installation de l'environnement de travail sur titan par l'utilisation d'un gestionnaire de version (git)
Etude de la favorisation du début de connexion TCP avec utilisation de modèles de réseaux ayant des trafics plus ou moins intenses

Projet 1 : Complexes Protéine-Ligand / Chimie Quantique

Participant : Lilian Olivieri

Durant l’année université 2010-2011, des calculs de chimie quantique ont été réalisés en utilisant le programme GAMESS-US. Ces calculs ont permis d’obtenir des données de référence nécessaires à la procédure de paramétrisation du champ de force CHARMM22 pour un ligand synthétique.
Au cours de cette procédure de paramétrisation, des calculs utilisant le programme Charmm c35b2 ont été effectués.
De plus le programme Charmm c35b2 a été utilisé dans sa version série et parallèle afin d’effectuer des simulations de dynamique moléculaire sur un complexe protéine-ligand. Ces simulations ont permis (i) d’obtenir des structures stables de l’état complexé, (ii) d’expulser le ligand de la poche protéique et (iii) de caractériser et stabiliser un état intermédiaire observé lors de la décomplexation. Pour finir, des programmes tels que Chimera, gnuplot et R ont été utilisés pour visualiser et analyser les résultats des simulations de dynamique moléculaire.

Pour l’année universitaire 2011-2012, l’étude d’un nouveau complexe protéine-ligand est envisagé. Pour cela, des calculs de chimie quantique de deux types seront nécessaires.
Premièrement, les même calculs que l’année passée seront réalisés afin de terminer la paramétrisation du champ de force CHARMM22 pour le nouveau ligand synthétique. Ces
calculs seront effectués cette fois-ci en utilisant le programme Gaussian 09 rev B1 nouvellement installé sur TITAN. Deuxièmement, des calculs d’orbitale moléculaire seront
réalisés sur les états complexés et intermédiaires obtenus pour le complexe étudié l’année passée et pour le complexe étudié cette année. Ces calculs d’orbitale moléculaire seront
effectués à l’aide du programme MOPAC2006v1.
Comme pour les complexes précédents, des simulations de dynamique moléculaire seront nécessaires pour (i) obtenir des structures stables de l’état complexé, (ii) expulser le ligand de
la poche protéique et (iii) caractériser et de stabiliser un état intermédiaire observé lors de la décomplexation Les visualisations et analyses des simulations de dynamique moléculaire nécessiteront encore l’utilisation de programmes tels que Chimera, gnuplot et R.

Projet 2 : Recherche par modélisation moléculaire de ligands de haute affinité pour la protéine FKBP12

Participant : Fabrice Gardebien, Noelly Madeleine (stage début 2012)

Ce travail consiste à déterminer des ligands de haute affinité pour la protéine FKBP12 à l'aide des outils de la modélisation moléculaire.
FKBP12 est une enzyme cytosolique catalysant l'isomérisation cis/trans des liaisons X-Pro. Cette protéine a en outre la particularité d'être au carrefour de plusieurs voies signalétiques : elle est connue pour jouer un rôle important dans le cycle cellulaire, la transduction de signaux, la modulation de canaux calcium. L'abondance naturelle de FKBP12 dans les tissus nerveux a également pu être reliée à son implication dans les maladies neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson ainsi qu'à des neuropathies périphériques et  diabétiques ou encore à des blessures des cordons spinaux. Cette protéine est donc au coeur de travaux de recherche sur la neurogénèse et la neurodégénérescence et constitue donc une cible thérapeutique très importante.
De nombreuses études ont montré que des molécules exogènes venant se fixer sur cette protéine (désignées ligands) permettent la régénération d’un grand nombre de connexions neuronales endommagées. Ces molécules prises par voie orale permettent un regain de fonction et de morphologie sur des modèles animaux atteints de maladies neurodégénératives, ce
qui ouvre des perspectives très importantes d'études dans le domaine des neurosciences. Il s'agira donc dans ce stage de rechercher des ligands de haute affinité pour la protéine FKBP12.

Projet 3 : Développement d’un modèle in silico pour l’étude de l’évolution dirigée d’enzymes

Participant : Magali Berland

Nous effectuons l’implémentation d’un algorithme ProSAR (Protein Sequence-Activity Relationship) de prédiction de l’activité biologique de protéines. Nous appellons «activité» la mesure de l’efficacité de la protéine (enzyme) pour une fonction donnée, par exemple d'intérêt industriel. Cette méthode d’apprentissage propose de prédire l’activité d’un échantillon de variants protéiques en prenant en compte l’effet bénéfique ou délétère des mutations qui ont été provoquées. La relation entre la séquence et la
fonction est inférée à l’aide d’une régression mathématique, la PLS. Afin d’améliorer la qualité de la prédiction, le modèle prend en compte un certain nombre de termes d’interactions entre les résidus mutant.
Un des challenge réside dans le choix optimum d’un set de termes d’interactions le plus représentatif possible de la réalité biologique. Ce modèle est ensuite utilisé pour prédire l’activité d’autres variants protéique qui n’ont pas pu être mesuré expérimentalement.

Projet 4 : Large scale structural annotation of genomes of pathogenic and industrially relevant microorganisms using structural alphabets

Participant : MAHAJAN Swapnil

The first step of my project is local structure prediction of proteins in terms of Protein Blocks (PB) and assessment of different local structure prediction methods. The second step is local structure prediction of the whole genomes of pathogenic and industrially relevant microorganisms. Third step is functional annotation of the predicted PB sequences. All these steps require tremendous computational time. Using super-computing will reduce the amount taken for this work significantly.

Projet 1 : Variabilité intra-saisonniaire sur le sud-ouest de l’océan Indien et en zone tropicale : Oscillation de Madden Julian (MJO)

Participant : Béatrice Morel

Synthèse de l'année écoulée :
La MJO est un phénomène atmosphérique tropical sous forme d’une onde, qui joue un rôle prépondérant sur l’organisation de la convection aux courtes échelles de temps (de quelques jours à quelques semaines). A l’heure actuelle, les modèles ont du mal à représenter correctement la MJO. Dans cette étude, on propose de voir comment la version 4 du modèle régional de climat RegCM nouvellement implantée sur le centre de calcul de l’Université de La Réunion, simule la MJO.
Cette version dispose de l’option « band » qui permet d’effectuer des simulations du modèle sur la bande tropicale (domaine géographique : 0-360°E de longitude ; 40°S-40°N de latitude). A partir d’une simulation du modèle en résolution pluri kilométrique (100km) sur la période 2000-2009, une statistique de la MJO a été obtenue et confrontée aux observations.

Perspectives pour l'année en cours :
Il est prévu de poursuivre le travail initié sur la MJO en effectuant une étude de sensibilité deparamètres. Des tests seront menés pour étudier l’influence :
-du choix du schéma de convection,
-des conditions aux limites latérales,
-de la résolution horizontale,
-etc.
sur la représentation de la MJO dans le modèle.

Projet 2 : Modelling surface solar irradiation at local scales in Reunion

Participant : Peng Li

Reunion has abundant available solar resource. Assessment of the solar resource over Reunion is needed for the PV industry in regard to electricity production. For the steep topography and sparse obserbation network, mapping at high spatial and temporal resolutions is currently difficult to obtain.

In this project, we propose to use a regional climate model, RegCM 4 model for high resolution simulations(~10km grid spacing) over the south-western part of the Indian Ocean centred on Reunion.

In order to obtain accurate estimates on the local scale(~100m), kriging interpolation method will be used in this project as a downscaling method to achieve transition from the regional to the local scale.

The performance of this method will be assessed with global and diffuse time series records that will be made at several locations representative of major climatic regions in Reunion.

Thématique : Ecologie spatiale de la tortue verte

Projet : Modélisation individu-centrée de la dynamique spatiale des tortues vertes dans le Sud-Ouest de l’océan Indien.

Participant : Mayeul Dalleau

De part les caractéristiques intrinsèques du cycle de vie de la tortue verte, l'alimentation et la migration sont les principaux processus qui conditionnent la reproduction. La compréhension des interactions entre ces processus majeurs passe par l'intégration des connaissances acquises sur ces processus au sein d’un même modèle. Dans ce but, un modèle individu-centré (IBM) a été implémenté et appliqué aux populations du Sud-Ouest de l'océan Indien. Le principal enjeu de cet IBM est d'inclure dans une même analyse et dans un contexte spatialement explicite des connaissances physiologiques et comportementales.
Ce modèle permet de simuler, sous diverses hypothèses et paramètres, l'influence des processus d'alimentation et de migration sur les paramètres reproductifs individuels tels que l'intervalle entre deux saisons de pontes ou le nombre d'oeufs par saison. Outre la validation des paramètres biologiques, l'IBM permet notamment d'évaluer leurs effets à l'échelle de la population. Les limites de ce modèle, très exigeant en terme de paramétrage, pointent aussi du doigt les secteurs pour lesquels ils existent encore un manque de connaissance. Ce modèle pour le moins innovant chez les tortues marines doit encore être amélioré, notamment le modèle physiologique qui reste à ce stade relativement simple.
Ce programme implique les organismes de recherches suivants : UMR Espace-Dev, CNRS, IFREMER (Délégation de la Réunion), Kélonia l’observatoire des tortues marines.

Projet 1 : Connectivité et endémisme en milieu marin tropical : le cas des cniadiares de l’océan Indien occidental

Thématique : Biologie Marine, Phylogénie, Génétique des populations, Biogéographie

Participant : Bautisse Postaire

La colonisation biologique des espaces marins géographiquement isolés, comme les récifs coralliens de la Réunion, est sous la dépendance croisée des capacités reproductrices et dispersives des espèces, associées aux régimes hydrodynamiques océaniques et côtiers de la zone sud-­ouest de l'Océan Indien (SOOI).
La biodiversité marine de tels espaces est alors principalement le résultat (1) d'une connectivité entre les îles de la zone, c'est à dire d'un apport plus ou moins constant d'animaux pélagiques via les courants marins, et (2) d'éventuels évènements de spéciations locaux conduisant à l'apparition d'espèces endémiques spécifiques de l'écosystème corallien réunionnais.
L’objectif de ce projet de thèse de Doctorat est d’apporter des éléments de réponse à ces deux problématiques majeures pour comprendre l’origine de la diversité marine de la zone SOOI, qualifiée de point chaud de biodiversité, au travers de l’étude d’un groupe zoologique diversifié dont la variété des cycles de vie et des stratégies de reproduction conduit à des durées de vie larvaire pélagique contrastées. Des analyses morphologiques et génétiques entre les espèces des lignées présentes sur les îles du SOOI permettront de chercher les concordances dans les patrons spatiaux de biodiversité et d’évaluer notamment le rôle des traits biologiques (cycles vitaux), gradients écologiques et distances géographiques dans la mise en place et le maintien de la diversité biologique.

Projet 2 : Etude de la distribution en mer et modélisation de l’habitat des oiseaux marins de la région ouest de l’Océan Indien

Thématique : Ecologie marine

Participants : Audrey Jaeger, Brice Legrand

Le laboratoire ECOMAR conduit depuis 2003 un programme régional d’étude de la distribution en mer et des déplacements des oiseaux marins de l’océan Indien occidental, en utilisant différents types de matériels de télémétrie (balises Argos solaires miniaturisées, GPS, géolocateurs). Les objectifs de ce projet sont entre autres :
(1) d’identifier les schémas migratoires des principales espèces d’oiseaux marins de la région
(2) de déterminer les secteurs océaniques importants pour leur conservation
(3) modéliser la sélection de leurs habitats océaniques
(4) prédire l’évolution de ces habitats en fonction des différents scénarios d’évolution réalisés par l’IPCC.
Ce programme a généré un important jeu de données spatialisées regroupant actuellement 8 espèces et 13 populations. L’acquisition se poursuit sur d’autres espèces et d’autres populations. L’utilisation de Titan nous permet donc de lancer nos analyses sur l’ensemble de ce jeu de données (approche bayésienne, modèles de sélection de l’habitat, identification des « Important Bird Areas » de la région et utilisation de différentes bibliothèques disponibles sous R).

Projet 1 : Analyse évolutive des génomes microbiens

Participant : Pierre Lefeuvre

Au cours de l'année écoulée, l'utilisation de titan a été faite pour :
- l'analyse phylogréographiqyue de bégomovirus responsables de maladies émergentes en Afrique. Utilisation du programme Beast.
- l'assemblage de génome bactériens à partir de donnée de séquençage à haut débit (technologie Illumina). Utilisation des programme Velvet, Abyss, Soap et Edena.
- reconstruction de charactères (présence ou abscence de gene par exemple) le long de phylognie. Utilisation du programme MrBayes

Sur la période 2011-2012, Titan sera utilisé pour poursuivre ces travaux avec les mêmes outils.

Projet 2 : Analyse des flux migratoires d’espèces d’insectes

Participant : Hélène Delatte

Synthèse de l'année écoulée :
1- Nous avons pu analyser plusieurs jeux de données afin de répondre à notre question sur les flux migratoires de Bactrocera cucurbitae dans le monde (et à la Réunion).
Thématique rentrant dans la cadre de la thèse universitaire de Cathy Jacquard, boursière région en thèse à l’Université de la Réunion dans l’UMR PVBMT. Ce travail a fait l’objet de la rédaction d’une publication qui est en cours de soumission.
2- Ce même logiciel migrate-n a été aussi utilisé pour l’analyse d’un jeu de données sur pucerons (les flux migratoires dans le monde de différentes populations et à la Réunion), mais ces résultats ne ferons pas pour le moment l’objet d’une publication.

Perspectives pour l'année en cours :
Il est prévu de poursuivre des analyses avec ce même logiciel (sporadiquement) notamment sur Cécidomyie du manguier, mais le jeu de donnée est en cours d’acquisition et d’analyse moléculaire. Titan pourrait également être utilisé pour la réalisation de reconstructions phylogénétiques (Mr Bayes, séquentiel) sur ces mêmes espèces d’insectes.

Projet 3 : Emergence, évolution des populations virales et impact de la variabilité de l'hôte - le modèle des Bégomovirus africains

Participant : Alexandre De Bruyn

Comme pour les maladies humaines et animales, la compréhension des facteurs et des mécanismes impliqués dans l'émergence des virus à transmission vectorielle représente une thématique de première importance en santé végétale. dans ce projet, nous souhaitons étudier les composantes majeures des phénomènes d'émergence des populations de bégomovirus responsable d'un grand nombre d'épidémies sur les cultures mondiales. L'étude des forces moléculaires impliquées dans l'émergence virale sera mené dans le cadre d'une approche métagénomique en conditions in natura et in planta à travers l'analyse de diversité des populations virales africaines en conditions naturelles, et l'utilisation des nouvelles technologies de clonage et de pyroséquençage afin d'estimer les forces motrices impliquées dans l'évolution virale suite à l'inoculation de plantes hôtes en conditions de laboratoire.

Ce projet nécessite l'alignement de nombreuses séquences génomiques, la reconstruction de phylogénies et l'inférence de l'histoire évolutive de ces virus, à travers l'utilisation de nombreux logiciels dont BEAST, mrBayes ou encore Clustal.

Projet 4 : Structure génétique du complexe du Faham (Jumellea sp, orchidée)

Participants : Laurence Humeau, Bertrand Mallet

Les îles tropicales océaniques offrent généralement une grande diversité de niches écologiques propices à l’apparition de nouveaux caractères chez certains organismes occupant des habitats différents. C’est le cas de l’île de La Réunion, où des espèces végétales révèlent des formes et des stratégies différentes selon le milieu qu’elles occupent, notamment selon le gradient altitudinal. Le faham, orchidée indigène de l’île, est largement braconné pour ses propriétés aromatiques et médicinales mais ne bénéficie d’aucun statut de protection. Cette orchidée épiphyte existerait sous deux formes : une forme de haute altitude (Jumellea rossii) et une forme de basse altitude (Jumellea fragrans). Ces deux formes ont un mode de vie épiphyte, un régime de reproduction allogame, non autofertile mais autocompatible. Jumellea rossii et Jumellea fragrans diffèrent principalement par certains caractères végétatifs et reproducteurs. Ce dernier aspect peut être à l’origine d’une rupture du flux de gènes entre les populations des deux formes. Pour confirmer la taxonomie du complexe du faham et identifier les zones géographiques prioritaires en terme de conservation de la biodiversité, la variabilité génétique intra et inter-populations de chacune des deux formes de faham est étudiée à l’aide de marqueurs microsatellites nucléaires et de marqueurs chloroplastiques. Cette étude fait partie des travaux de doctorat de Bertrand Mallet (2011-2014). Nous sollicitons l’utilisation du centre de calcul pour étudier l’assignation des individus de Faham à l’aide du logiciel Structure et l’analyse des données phylogénétiques à l’aide du logiciel Mrbayes.

Projet 5 : Dynamique de dispersion des espèces structurantes des écosystèmes forestiers à différentes échelles temporelles et spatiales

Participant : Stéphanie Dafreville

Dans le but de définir des stratégies de gestion durable de la biodiversité, cette thèse a pour objectif de comprendre la dynamique de dispersion à différentes échelles spatiales et temporelles d'une famille d’espèces structurantes des écosystèmes forestiers. Ces espèces végétales présentent une gamme diversifiée de niveaux d’endémisme, d’abondance, de modes de régénération et de caractéristiques biologiques. La famille des Sapotacées a été choisie comme modèle : elle comprend 3 genres et 14 espèces indigènes des Mascareignes (Mimusops, Labourdonnaisia et Sideroxylon) dont certaines espèces, rares et protégées, sont endémiques d’une des trois îles de l’archipel des Mascareignes. Les objectifs spécifiques sont de :
1. Retracer l'histoire de la colonisation spatio-temporelle des Sapotacées sur leur aire de répartition dans l’archipel,
2. Mesurer l'impact des pratiques humaines (fragmentation du milieu et surexploitation des espèces) sur la structure spatiale de la diversité génétique des populations de certaines Sapotacées et d’identifier le rôle des individus isolés dans un écosystème fragmenté,
3. Comprendre l'impact de la perte des disséminateurs de graines sur la régénération des espèces en fonction de leur rareté.

Projet 6 : Bacterial Genomics of Xanthomonas plant pathogens 

Participant : Jonathan Gordon

We are assembling several Xanthomonas genomes from all around the world. We currently have sets of sequencing read that we want to assemble in genomes. To this end, I will use several sequence assembling software (such as velvet, mira ...). Those are serial programms that requires between 10 to 50 Gigs of memeory (depedning on the number of reads to assemble).