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

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.

Ce projet inscrit l'an dernier n'a pas pu être réalisé sur Titan.
Il est prévu de poursuivre le travail initié sur la MJO en effectuant une étude de sensibilité de paramètres. 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.

Last year, we :

- Uploaded the RegCM (Regional climate model) model’s latest version to TITAN’s server;
- Modified some parameters of the model and did some test running;
- Have run the latest version of RegCM 4 on TITAN to do high resolution simulation over the south-western part of the Indian Ocean centered 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.

Projet 1 : Diversité génétique et phylogéographie des Leptospiroses dans le Sud-Ouest Océan indien

Thématique de recherche : Ecologie et évolution des maladies infectieuses

Participant : Muriel Dietric

La leptospirose est la plus fréquente des zoonoses au niveau mondial et représente un problème de santé publique majeur dans de nombreux pays, notamment dans les DROM COM, où les taux d’incidence peuvent s’avérer particulièrement élevés ( i.e. Seychelles). Les micromammifères (rongeurs et insectivores) sont considérés comme les réservoirs principaux de leptospiroses, même si de récentes études montrent que les chauve-souris pourraient également avoir un rôle important dans l’épidémiologie de cette maladie. Ce projet vise à analyser la diversité génétique des leptospiroses qui circulent dans la faune sauvage des îles du SO de l’OI. Le typage par MLST (Multi-Locus Sew-quenc Typing) des souches détectée est actuellement en cours ? Des analyses phylogénétiques permettront d’identifier les espèces de leptospiroses inféodées à la faune sauvage. Des analyses phylogéographiques permettront également de mieux appréhender l’évolution et les déterminants de la distribution génotypique des leptospiroses dans la région.

Projet 2 : Etude de la dynamique épidémiologique de la fièvre de la vallée du Rift dans l’Océan Indien

Thématique : Epidémiologie, modélisation, Géographie

Participant : Lisa Cavalerie

La fièvre de la vallée du Rift (FVR) est une maladie vectorielle zoonotique transmise par un large spectre de vecteurs. Chez les ruminants, le virus provoque des vagues d’avortements et la mort des jeunes animaux entrainant des pertes économiques importantes. Chez l’homme, les symptômes sont de type « flu like », mais la maladie peut évoluer dans des formes graves entrainant la mort de certains patients (<1%).
La FVR sévit à Madagascar et dans l’archipel des Comores, notamment dans le département français de Mayotte. Elle est une préoccupation pour la santé publique et l’économie de la région en raison des conséquences sur le secteur de l’élevage et les potentielles entraves aux échanges commerciaux.
Dans le cadre du programme AnimalRisk-OI piloté par le CRVOI et le Cirad des prélèvements sur ruminants et des captures vectorielles ont été réalisées, depuis 2009, dans les îles du Sud-Ouest de l’Océan Indien.
L’analyse des données récoltées nécessitera l’utilisation du supercalculateur afin d’étudier la relation spatiale entre l’environnement, les conditions climatiques , les pratiques d’élevage et la présence du virus ainsi que la dynamique de sa diffusion et de son maintien dans l’archipel des Comores à travers des modèles :
- Epidémiologique de la métapopulation
- Saptiaux
- Temporels
Ces analyses permettront de mieux comprendre l’épidémiologie du virus dans un milieu insulaire tropical. Ainsi des mesures de prévention et de contrôle prenant en compte les facteurs de risque particuliers de ces îles pourront êtres mises en place.

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

Thématique : Ecologie spatiale de la tortue verte

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 http://ccl.northwestern.edu/netlogo/

Le modèle étant finalisé l'an dernier, l’objectif pour l’année à venir est d’effectuer un nombre important de simulations afin de tester l’influence de l’ensemble des paramètres d’entrée. Il s’agit là d’une phase d’utilisation et de valorisation du modèle qui nécessitera d’avantages de ressources que les années précédentes.

Projet 1 : Génétique et phylogéographie des espèces ligneuses indigènes

Intervenant : Marie-Hélène Chevallier

L’archipel des Mascareignes (Réunion, Maurice et Rodrigues) est, avec les Seychelles, les Comores et Madagascar, l’un des 34 « hotspots » de biodiversité reconnus à l’échelle mondiale (Mittermeier et al., 2004; Myers et al., 2000). Comme la plupart des îles océaniques, l’archipel se caractérise par une faible diversité spécifique associée à un fort endémisme. Ainsi, sur 885 espèces de plantes à fleurs natives des trois îles, 645 (72%) sont endémiques (Cheke & Hume, 2008).
Dans le but de définir des stratégies de gestion durable de cette biodiversité menacée, le projet cherche à comprendre les mécanismes à l’origine de la diversification de cinq genres d’espèces arborées dans les Mascareignes en retraçant leur histoire évolutive. Les espèces arborées choisies présentent une gamme diversifiée de niveaux d’endémisme, d’abondance, de modes de régénération, de caractéristiques biologiques et de place dans la dynamique forestière (espèces pionnières/espèces structurantes) : Sideroxylon, Mimusops, Labourdonnaisia (Sapotacées), Melicope (Rutacées) et Foetidia (Lecythidacées). Certaines espèces présentent encore des problèmes d’identification au niveau morphologique. Par exemple, sept espèces ont été décrites chez Melicope avec une grande variabilité morphologique et de nombreuses variétés.
Le projet permettra de (1) développer des outils moléculaires d’identification des espèces, (2) déterminer l’origine de la diversité native (évènements de colonisation ou de spéciation in situ) à partir de séquences plastidiques et nucléaires, à échelle des Mascareignes et à l’échelle de La Réunion, et (3) estimer les flux de gènes entre populations au niveau intra-spécifique à l’aide de marqueurs microsatellites chloroplastiques et nucléaires.

Projet 2 : Emergence et évolution des populations bactériennes phytopathogènes sous l’influence de la variabilité de l’hôte.
Cas du complexe d’espèces Ralstonia solanacearum

Participant : Emmanuel Wicker

Ce projet a pour principal objectif de mieux comprendre les mécanismes évolutifs impliqués dans l’émergence et l’adaptation à l’hôte de Ralstonia solanacearum, une bactérie tellurique responsable d’épidémies majeures dans les agrosystèmes tropicaux et subtropicaux. Pour étudier plus particulièrement les phénomènes de contournement de résistances variétales, plusieurs échelles d’étude sont considérées, des populations pathogènes sous sélection jusqu’au(x) gène(s) impliqué(s) dans les interactions bactérie-plante.
Ces travaux impliquent l’utilisation de différents logiciels comme ClonalFrame, STRUCTURE, ABCtoolBox, PAML

Projet 3 : 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 caractères (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 4 : 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 le 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.
2- Ce même logiciel migrate-n a été aussi utilisé pour l’analyse d’un jeu de données sur le complexe FAR de trois espèces de Tephritidae avec le même logiciel migrate-n. Les analyses sont toujours en cours et feront l’objet d’une publication.

Perspectives pour l'année en cours :
Cette année, je compte poursuivre des analyses avec ce même logiciel (sporadiquement) notamment sur le jeu de donnée est en cours d’acquisition et d’analyse moléculaire.
Je pourrais aussi avoir besoin de Titan pour la réalisation de reconstructions phylogénétiques (Mr Bayes, séquentiel) sur ces mêmes espèces d’insectes au cours de l’année

Projet 5 : 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.

Le cluster a été principalement utilisé cette année afin de réaliser des analyses phylogéographiques à l’aide du logiciel BEAST, à partir de séquences de begomovirus infectant le manioc aux Comores et aux Seychelles.
Les résultats obtenus ont permis de réaliser un article en cours de soumission.

L’utilisation du cluster envisagée cette année comprend l’analyse phylogéographique de séquences d’ADN satellites associés aux bégomovirus, à l’aide du logiciel BEAST.
Le cluster sera également utilisé dans le cadre d’une étude concernant de nombreuses séquences de bégomovirus isolés à Madagascar, pour laquelle nous envisageons de comparer les distances génétiques entre séquences avec de nombreuses variables telles que la population ou le couvert paysager. Pour ce faire, des scripts R nécessitant une quantité importante de mémoire seront exécutés à partir de Titan.

Projet 6 : 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 avons utilisé le centre de calcul pour étudier l’assignation des individus de Faham à l’aide du logiciel Instruct.
Cette année, nous ferons des analyses similaires à celles effectuées en 2011-2012 (avec le logiciel Instruct) avec des données complémentaires.

Projet 7 : 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 1 : 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.
L’objectif est de modéliser les régimes de houle autour de La Réunion en utilisant le modèle numérique SWAN.
Une première version du modèle a été installée sur le ccur et n’a pas encore été utilisée dans sa totalité.
Des programmes de recherche sur l’étude de la houle se développent au sein du LGSR, impliquant une utilisation plus fréquente du modèle SWAN.

Projet 2 : Cartographie du fluage du manteau supérieur sous l'océan indien

Participants : Guilhem Barruol, Fabrice R. Fontaine, Céline Davy

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.

L'an dernier, le projet n'a pas avancé sur Titan.

Perspectives d'utilisation en cours :
L'année 2012-2013 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.
dossier.univ-st-etienne.fr/arlita/www/index.html
www.gm.univ-montp2.fr/spip/spip.php
Dans le cadre du Projet ANR RHUM-RUM 2012-2015, des stations sismologiques ont été installées sur les îles Eparses, à Madagascar, La Réunion et seront déployées en fond de mer en Oct 2012. Ces stations ont pour objectif d'imager la structure du point chaud de La Réunion dans le manteau supérieur et inférieur mais vont également permettre d'étudier la houle océanique par l'analyse du bruit microsismique (Thèse Céline DAVY 2012-2014, projet soutenu par l'OSU-Réunion, l'INSU, les TAAF et l'ANR). L'analyse de ce grand nombre de données nécessitera d'importantes capacités en calcul séquentiel.
http://www.rhum-rum.net

Projet 3 : Etude du refroidissement d'une coulée de lave et de sa dynamique.

Participants : Claude Smutek, Pierre Saramito, Noé Bernabeu

Après avoir développé avec RHEOLEF les problèmes en géométrie simplifié 2D,

- problème de dynamique pur avec matériaux analogues (silicone, carbopol). La rhéologie des fluides fut d'abord considéré comme newtonienne avec des comparaisons avec des études de coulée de silicone.
- problème de thermique pur : refroidissement de lave, (coulée avril 2007, Piton de la Fournaise, Réunion)

Nous simulerons des fluides plus complexes en utilisant les équations de Bingham. Et avec une géométrie plus réaliste (géométrie réalisée à l'aide de relevés GPS) et effectuerons des calculs numériques 3D.

- Couplage dynamique/thermique dont le traitement numérique en 2D puis 3D sera beaucoup plus difficile et gourmand aussi bien en mémoire (grand nombre de mailles) qu'en temps de calcul.

Projet 1 : Brownian Motion Ventcel Problem (BMVP)

Thématique de recherche : Probabilités numériques – Résolution de problèmes aux limites (Dirichlet, Neumann, Robin, Ventcel, mêlées) à l’aide du mouvement brownien

Participant : Jean-Paul Morillon

La résolution numérique de problèmes aux limites à partir de représentations stochastiques de solutions de problèmes aux limites déterministes linéaires et non linéaires conduit à construire des algorithmes de calcul par simulation de marches aléatoires. Des calculs intensifs sont nécessaires comme dans toute méthode de Monte-Carlo où la convergence est en $1/\sqrt{N}$, N étant le nombre de réalisations.

De nombreux essais sur PC, en particulier pour calculer des solutions $u$ du problème de Dirichlet $\Delta u = a\,u^3$ ont imposé des temps de calcul supérieures à 24 h ; de plus, ces temps d’exécution dépendent fortement du pas des marches aléatoires.

Par conséquent, il apparaît nécessaire d’utiliser des processeurs plus rapides et de tester de manière intense les algorithmes de la méthode stochastique pour des problèmes aux limites, en particulier pour un problème de Ventcel dont le traitement à la frontière engendre des marches aléatoires supplémentaires et de pas inférieur aux marches internes au domaine d’intégration.

Les algorithmes s’écrivent simplement, par exemple en Fortran 77, et n’utilisent que peu de mémoire, mais nécessitent de nombreuses réalisations de trajectoires (plusieurs millions à chaque exécution d’un programme).

Projet 2 : Prévision rayonnement solaire

Participants : Mathieu David et Hadja Diagne

Dans le cadre du projet Soléka (Financement Technopole de La Réunion et thèse Cifre), le modèle méso-scale de prévision climatique a été installé sur Titan et les premiers simulations en parallèle ont été lancées. Elles ont permis de définir les configurations optimales pour optimiser le temps de calcul.
La poursuite du projet de prévision nécessite de générer des séries de prévision sur des périodes de plusieurs années. Pour cela, le calculateur sera utilisé afin de faire des simulations avec le modèle WRF et générer ces séries.

Projet 3 : Confort en Climat Chaud sans Climatiser. Rafraîchissement 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.
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.

Perspectives : projet en cours de finalisation avec des articles en cours de soumission et une soutenance de thèse.

Projet 4 : Contrôle d'écoulements d'air dans une cavité

Participants : Eric Fock, Alain Bastide

On cherche à contrôler les écoulements d'air dans une cavité en mécanique des fluides numériques.

Nécessité de réaliser des comparaisons avec des benchmarks numériques et de lancer plusieurs calculs en parallèle pour étudier l'impact de différents paramètres.

Projet 5 : SolarTherm, Metropolis Monte Carlo Light Transport Path section. (SolarTherm – MMCLTP section)

Thématique de recherche : Solaire Thermodynamique à Concentration

Participant : Emeric Tapachès

Dans le cadre du projet de thèse « Investigation du Potentiel de la Technologie Solaire Thermodynamique à Concentration en Zone Tropical – Cas de l’île de la Réunion » et du projet de recherche « SolarTherm », financé par la Région Réunion, des simulations du rayonnement solaire direct interagissant avec un capteur solaire à concentration sont réalisées sur TITAN. Ces simulations font appel à deux programmes, l’un modélisant la géométrie du capteur à concentration et l’autre décrivant un algorithme de Metropolis de transport de lumière, basé sur une méthode de Monte Carlo soumises à des contraintes de parcours.

Le but de ces simulations est d’optimiser la géométrie d’un capteur solaire à concentration en réalisant une étude paramétrique, puis en déterminant les paramètres qui optimisent la densité de flux concentré.

L’ensemble du code utilisé offre la possibilité de faire des calculs massivement parallèles afin de diminuer considérablement le temps de calcul. Le cluster TITAN est utilisé afin exploiter au maximum cette possibilité d’architecture de calcul.

Projet 1 : Recherche par modélisation moléculaire de ligands de haute affinité pour la protéine A3R

Participants : Fabrice Gardebien, Eyaz Omarjee

Suite du projet déjà commencé depuis quelques années sur le Centre de Calcul.

L’année 2012 a été consacrée à la rédaction du manuscrit de thèse de M. Lilian OLIVIERI et soutenance de thèse.
Nous nous sommes intéressés à la détermination et à l'analyse d'un état intermédiaire entre la protéine FKBP12 et un ligand de haute affinité. Cette protéine cytosolique a la particularité d’être au carrefour de plusieurs voies signalétiques et son abondance naturelle dans les tissus nerveux peut être reliée à son implication dans les maladies neurodégénératives telles que les maladies d’Alzheimer et de Parkinson ainsi que dans les neuropathies périphériques et diabétiques ou dans des blessures des cordons spinaux. De nombreuses études ont montré que des molécules exogènes venant se fixer sur cette protéine permettent la régénération d’un grand nombre de connexions neuronales endommagées.
Ce travail s'est appuyé sur l'utilisation de techniques de simulation moléculaire pour caractériser l'état intermédiaire qui est formé transitoirement lors du processus de complexation entre la protéine et son ligand. Dans cet état particulier, l'identification des interactions naissantes entre les partenaires a permis (i) de comprendre l'implication des différents groupes d'atomes du ligand dans le mécanisme de reconnaissance avec la protéine et (ii) de rationaliser les affinités d'un certain nombre de ligands apparentés.
Ces résultats ont été publiés dans Olivieri & Gardebien, J. Chem. Theory Comput. 7 (2011) 725-741
Cette année, nous travaillerons sur les résultats pour les différents projets impliquant la protéine A3R (docking, chimie quantique, simulations moléculaires).

Projet 2 : 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.

Cette année, ce modèle sera utilisé sur différents jeux de données, expérimentaux ou simulés, provenant de sources différentes, afin d’en évaluer l’efficacité.

Projet 3 : 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.

As my work mostly focuses on handling genomic level data, all the intermediate steps also require large amount of computation. Development of algorithms for local protein structure predictions and fold recognition being important steps towards genome annotation have to be tested against large protein datasets.
Keeping these two points in mind, it is extremely important for my thesis work to have access to a super-computing system. In the previous year, access to super-computer titan has provided me a great opportunity to complete my work quickly.

Projet 1 : Simulation de l'activité électrique des systèmes convectifs avec MESO-NH

Participants : Christelle Barthe, Christophe Bovalo

L'algorithme d'éclairs de MesoNH (Barthe et Pinty, 2007) a été réécrit 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. Ces nouveaux développements ont fait l'objet de publications.
Après des tests et une validation par l'équipe de soutien MesoNH, le schéma électrique a été intégré dans la dernière version de MesoNH (4.9).
Dans le but d'étudier les variations d'activité électrique en lien avec les variations d'intensité des cyclones tropicaux, des simulations idéalisées de cyclones tropicaux ont été réalisées sur le CCUR. Dans un premier temps, le module électrique n'a pas été activé pour permettre la mise au point de la simulation à un moindre coût numérique.
Une fois la simulation du cyclone tropical idéalisée au point, le schéma électrique sera introduit pour analyser l'activité électrique et la distribution des charges dans le système. Des tests de sensibilité seront aussi réalisés pour étudier l'impact d'un atterrissage ou le passage dans le canal du Mozambique sur la répartition et le taux d'éclairs.
D'autre part, suite aux nouveaux développements dans le schéma électrique (nouvelles paramétrisations des processes d'électrisation, conditions aux limites pour le champ électrique modifiées), les simulations réalisées l'an dernier pour trouver un proxy du taux d'éclairs seront refaites.
 

Projet 2 : Caractérisation des sources des ondes de gravité dans le bassin sud-ouest océan indien

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

Le calculateur Titan a été dans un premier temps utilisé pour la mise au point d'une échelle verticale pour la simulation des ondes de gravité générées par le cyclone Ivan (2008). Cette échelle a permis de reproduire numériquement le cyclone tropical Ivan par le modèle Méso-NH sur les calculateurs de Météo-France notamment à cause de l’initialisation par des champs Aladin-Réunion (Ibrahim Chouaibou, rapport de thèse 2011). Les résultats de cette étude portant sur la caractérisation spectrale des ondes simulées et observées font actuellement l’objet d’une publication.
Notre étude porte actuellement sur la caractérisation de l’origine de ces ondes par l’exploitation d’un modèle de rétro-trajectoire d’ondes de gravité et des simulations multirésolution Meso-NH sous Titan. Notre étude s’intéressera à l’origine des ondes de gravité observées durant le cyclone Ivan, leurs évolutions au cours de leur propagation atmosphérique et leurs impacts en particulier sur les bandes précipitantes.

Projet 3 : 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). 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. Une première analyse des mécanismes réalisé en 2011-2012 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. Un complément de simulations a aussi été réalisé afin de préciser certains processus.
La finalisation de cette étude, probablement avec peu de simulation mais plutôt du post-traitement des données disponibles sur le calculateur devrait aboutir en 2012-2013. Une publication dans une revue à comité de lecture est prévue

Projet 4 : Etude du transport et des transformations physico-chimiques des aérosols 

Participant : Nelson Begue

Au cours de cette année, 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 permit le développement et l’évaluation du module 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. Ces résultats ont été soumis et acceptés pour une publication au Journal of Geophysical Research. De plus au cours de cette année, le travail sur TITAN s’est essentiellement concentré sur le couplage du module ORILAM-dust et le module ORILAM-aérosol. Cela dans le but de pouvoir introduire les aérosols désertiques en tant que une nouvelle espèce primaire au sein du module ORILAM-aérosol
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 tester le développement réalisé au cours de l’année dernière (Cf. section précédente). Cela tout particulièrement dans le but d’étudier 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.

Projet 5 : Modélisation de la distribution du soufre volcanique lors de l’éruption d’avril 2007 du Piton de la Fournaise

Participant : Jonathan Durand, Pierre Tulet

Le dioxyde de soufre (SO2) est un des principaux gaz émis lors des éruptions volcaniques. Au Piton de la Fournaise (La Réunion) environ 300 kT de SO2 ont été libérés pour la seule éruption d’avril 2007. Ces émissions ont provoqué d’importants problèmes sanitaires associés à des dégradations des infrastructures et des écosystèmes. Les mesures de SO2 réalisées par l'ORA ont relevé des concentrations supérieures aux seuils critiques pour la santé mais pas aux périodes où l’éruption était la plus intense. L’ambition du travail visait à modéliser le soufre volcanique sur les 6 premiers jours de l’éruption afin d’estimer les paramètres clés du transport de soufre et de ses transformations chimiques. Dans ce but, plusieurs simulations sous MesoNH, avec deux résolutions de maille imbriquées (2km pour la maille extérieure, 500m pour la maille intérieure) ont été réalisées dans lesquelles tous les flux pouvant impliquer une modification de la dynamique de transport du soufre sont paramétrés (i.e flux de chaleur en fonction du vent et flux d’humidité). Il en ressort que la distribution du soufre volcanique au-dessus de l’île de la Réunion lors de cette éruption a été contrôlé majoritairement par le flux de chaleur à la coulée de la lave.

Les perspectives pour le volet « pollution volcanique » s’inscrivent dans la continuité du travail fourni en 2012, notamment en améliorant, via de nombreuses simulations de sensibilités, la simulation de référence. Nous projetons aussi d'introduire un module de chimie en phase aqueuse qui pourrait permettre de reproduire la formation de pluies acides. L'ajout de ce module devrait occasionner un sur-coût sensible (facteur 3) des simulations numériques.

Forefire-Lava sera quant à lui sera testé dans les futures simulations. On espère que la représentation spatiale de la coulée de lave avec ForeFire, à plus haute résolution, permettra d’affiner la dynamique et la microphysique du panache à l’aplomb de l’éruption et dans la région de pénétration de la lave en mer.

Projet 6 : REVE - Réunion Vapeur d'Eau
Etude et quantification de la colonne totale de vapeur d’eau au-dessus de La Réunion à l’aide des données GPS au sol -

participant : Jimmy Leclair de Bellevue

Le projet de recherche GPS – Vapeur d’eau proposé au conseil scientifique de l’OSU-REUNION en février 2012 a été retenu et financé à hauteur de 9.2 k€. Ce projet associe de manière forte le Laboratoire de l’Atmosphère et des Cyclones (UMR CNRS 8105) et l’Observatoire Volcanologique du Piton de La Fournaise (Institut de Physique du Globe de Paris) ; ainsi que d’autres partenaires déclinés ci-dessous.
Il a pour objectif général d’acquérir un certain nombre de connaissances au sujet de la vapeur d’eau au-dessus de La Réunion (volet Atmosphère). Plus précisément, un des objectifs de ce projet est de calibrer le lidar Raman conjugué à un télescope de 1,20 m en cours d’installation à la station de surveillance atmosphérique du Maïdo. Cet instrument permettra de fournir un jeu de données de profils de vapeur d’eau à haute résolution. Cependant, le traitement des données lidar vapeur d’eau nécessite, au préalable, une phase de calibration à l’aide de données intégrées sur toute la colonne troposphérique. Ces données intégrées doivent être synchrones des mesures lidar nocturnes.
Le second objectif entre dans un cadre de recherche plus fondamentale : il est question d’examiner l’évolution du contenu intégré en vapeur d’eau au-dessus de La Réunion et sa variabilité sous trois aspects :
- variabilité intra-journalière (effets des brises de terre et de mer)
- variabilité saisonnière (hiver austral et rapprochement du courant-jet subtropical
vs. été austral et influence de l’ITCZ).
- variabilité spatiale de la colonne de vapeur d’eau entre différents sites de mesures et effets du relief.

Projet 1 : 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 2 : 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.

Les simulations avec Mr Bayes on été longues à mettre en place mais ont été concluantes. Il reste encore quelques fonctions du logiciel à évaluer. Ces simulations nous ont permis de commencer la rédaction d’une publication qui devrait être soumise très prochainement. De nouvelles données vont nous parvenir en septembre et/ou octobre 2012, nous permettant de commencer la rédaction d’une nouvelle publication.

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

Participants : Bertrand Illien, Arnaud Marvilliers

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.

L'an denier :
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.

L’étude d’un composé majoritaire de l’huile essentielle issue d’une espèce du genre Dodonea a été complétée. La comparaison des spectres de dichroïsme circulaire simulé et expérimental a permis de déterminer la configuration absolue de cette molécule. L’ensemble de l’étude a fait l’objet d’un poster au congrès International Conference on Pure and Applied Chemistry (ICPAC).

Perspective de l'année :
Ce type d’étude va être étendu à un autre composé issu de cette plante et à d’autres molécules nouvelles isolées de la biodiversité terrestre et marine par le LCSNSA. Notamment, l’étude de molécules issues d’éponges

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.

Ce projet est en cours de réalisation, mais n'est pas suffisamment avancé pour faire l'objet d'une communication.

Projet 3 : Détermination du pouvoir antiradicalaire

Participants : Bertrand Illien, Arnaud Marvilliers

Ce projet n'a pas été abordé depuis un an faute de temps, mais il reste d'actualité.

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 cette année, la cinétique de cette réaction va être étudiée.