Les projets du CCUR à la rentrée universitaire 2014

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.

La finalisation de cette étude, probablement avec peu de simulation mais plutôt du post-traitement des données disponibles sur le calculateur devrait aboutir en 2014-2015. Une publication dans une revue à comité de lecture est prévue.

Participant : Fabrice Chane-Ming

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.

Les travaux en 2013-2014 ont porté sur la caractérisation des ondes de gravité et de leurs sources au travers des études suivantes :

• Analyses des paramètres dynamiques et des constituants atmosphériques à partir de sondages verticaux
• Climatologie des ondes de gravité produites par les cyclones asymétriques à partir des analyses

Les modèles numériques (modèles méso-échelle et de trajectoires) sont initialisés par les sorties des d'analyses d’ECMWF et les paramètres spectraux des ondes de gravité sous le calculateur Titan.

Les études des sources, de la propagation des ondes de gravité et de leurs impacts dans la stratosphère via les modèles numériques seront poursuivies en 2014-2015

Participant : Hélène Vérèmes

Construction d'une simulation Méso-NH autour de la campagne MALICCA (MAïdo LIdar Calibration CAmpaign) d'avril 2013 à la station d'observation du Maïdo.
Le travail de dépouillement et de correction des données de la campagne MALICCA-1 (MAïdo LIdar Calibration CAmpaign) a bien avancé. Le projet de modélisation s'est précisé en conséquence. Une intrusion stratosphérique a été observée le 4 avril 2013 sur les profils d'ozone et de vapeur d'eau lidar de la station du Maïdo. Ce processus sera modélisé à l'aide du modèle Méso-NH. Les paramètres de la simulation ont été définis en 2013-2014 au travers du projet « Simulation lidar d'échanges troposphère-stratosphère avec Méso-NH ».
Divers tests permettront d'évaluer et/ou de valider la simulation et les premiers résultats pourront être exploités.

Participant : Pauline Gelin

Mon projet de thèse s’intéresse à la phylogéographie et à la connectivité des coraux du genre Pocillopora au sein de deux hotspots de biodiversité de l’Indo-Pacifique (Sud-Ouest de l’océan Indien et Nouvelle-Calédonie dans le Pacifique Sud-Ouest).

Plusieurs morpho-espèces emblématiques du genre Pocillopora sont à l’étude : P. eydouxi, P. damicornis et le complexe P. verrucosa/meandrina. Mon projet de thèse se propose d’étudier la connectivité de ces différentes morpho-espèces à différentes échelles spatiales au sein de deux régions de l’Indo-Pacifique : le Pacifique Sud-Ouest et le Sud-Ouest de l’océan Indien. En outre, il s’agira d’étudier les flux génétiques à une échelle régionale à l’intérieur de chacune de ces régions, ainsi qu’à une échelle locale pour certaines îles de ces archipels.

Cependant, chez les coraux du genre Pocillopora, la taxonomie basée sur des critères morphologiques et les données issues d’analyses génétiques semblent divergentes. En effet, une morpho-espèce donnée peut être composée de plusieurs groupes génétiques (fortement différenciés entre eux) alors que dans un groupe génétique peuvent se retrouver différentes morpho-espèces (Pinzon et Lajeunesse 2011). Au regard des premiers résultats obtenus au cours de ce travail, il apparaît que nous ayons également, pour une morpho-espèce génétique donnée, plusieurs groupes génétiques différenciés.

La présence de ces groupes génétiques pourrait être liée à présence d’espèces cryptiques au sein de l’échantillonnage. Il s’agira d’identifier les différentes espèces génétiques grâce à des données de marqueurs séquence (mitochondriaux et nucléaires) ainsi qu’à des données de marqueurs microsatellites, notamment grâce aux logiciels BEAST, Mr Bayes, Structure et Instruct implantés sur le calculateur de l’Université de la Réunion. Il sera alors possible, de mener des études de connectivité sur les différentes espèces génétiques identifiées, de mieux connaître l'écosystème marin et d’évaluer les modalités de gestion.

Participant : 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 de :

1. identifier les schémas migratoires des principales espèces d’oiseaux marins de la région
2. 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).

Les changements climatiques affecteront les écosystèmes terrestres et marins mais les conséquences en terme de répartition globale de la biodiversité sont encore mal connues. L’objectif de cette thèse est de modéliser la sélection des habitats océaniques des oiseaux marins tropicaux de l’océan Indien afin de prédire quelle pourrait être l’évolution de leur distribution face aux changements climatiques. Un important jeu de données de télémétrie déjà existant sera utilisé pour bâtir des modèles de sélection des habitats tenant compte de la situation environnementale actuelle. Des simulations, basées sur les différents scénarios d’émission de gaz à effet de serre et de réchauffement associé (IPCC), seront ensuite réalisées, à l’aide des modèles d’habitat, pour prédire l’évolution de ces habitats et donc de la biodiversité associée. Les résultats permettront de prédire l’évolution de la biodiversité marine et d’orienter les décisions de gestion en termes de mise en place d’aires marines protégées, de régulation de la pêche industrielle et de la protection de l’océan Indien tropical en général.

L'objectif est de continuer à modéliser la sélection des habitats océaniques des oiseaux marins tropicaux de l’océan Indien et de prédire quelle pourrait être l’évolution de leur distribution face aux changements climatiques.

Participants : Chao Tang, Béatrice Morel

In the South West Indian Ocean (SWIO) where the solar resource is abundant, solar energy appears to be an interesting alternative to conventional sources of energy for electricity generation. In this regard, Reunion Island, which is looking to reach energy self-sufficiency by 2030, is actively engaged in the development of photovoltaic (PV) and concentrating solar power (CSP) systems. However, the design and deployment of these systems require a comprehensive assessment not only of the mean characteristics of the solar resource at any location but also its temporal repartition. In particular, the impacts of possible climate change of the solar resource on system performance need to be addressed when considering the life expectancy of solar energy systems (>20 years for PV panels).

In this project, we propose to evaluate possible changes of the solar resource at regional scales over SWIO in the 21st century. To that end, we will complete an array of high-resolution simulations of present and future climate with a regional climate model. Initial and lateral boundary conditions for these simulations will be obtained from different global climate models used in the Coupled Model Intercomparison Project in support of the Intergovernmental Panel on Climate Change 5th Assessment Report. An energy module to fit with the outputs from the regional climate simulations will also be developed in order to quantify possible impact of climate change on solar power potential delivered by PV and CSP systems.

Participants : Peng Li, Béatrice Morel

1. using TITAN to do simulations with the model RegCM;
2. upload and download data set for estimating the model;
3. performing the figures and maps.

Todo :

1. do some new test with the RegCM4 model;
2. finish the thesis and papers with the results in TITAN.

Participants : Fabrice Fontaine, John Robert SCHOLZ

L'analyse des données sismologiques des stations permanentes installées à La Réunion et autour du point chaud de La Réunion permet grâce à la méthode des fonctions récepteurs d'obtenir une cartographie des interfaces sismiques : croûte-manteau et entre l’édifice volcanique et la croûte.

Nous avons déployé fin 2012 un réseau de 57 stations sismiques larges bandes sur le plancher océanique autour du point chaud de La Réunion et 10 stations sismologiques ont été installées à La Réunion dans le cadre du projet RHUM-RUM (Réunion Hotspot and Upper Mantle – Réunions Unterer Mantel, www.rhum-rum.net). Ce projet est porté par le laboratoire Géosciences de l'Université de La Réunion, l'Institut de Physique du Globe de Paris et le département de géophysique à l'Université de Munich.
Lors de l'année 2013-2014, nous avons déterminé les fonctions récepteurs au niveau de toutes les stations sismiques permanentes de La Réunion. Nous avons utilisé les capacités en calcul parallèle de Titan pour réaliser une partie des inversions des fonctions récepteurs. Nous avons ainsi obtenu de nouvelles contraintes sur la structure de la croûte sous les sismomètres.

L'année 2014-2015 devrait permettre de finaliser le projet de cartographie des structures de la croûte à La Réunion et autour du point chaud de La Réunion grâce à la méthode des fonctions récepteurs. Nous souhaitons cette année aborder la structure crustale sous l'ensemble des stations du réseau sismologique temporaire RHUM-RUM. L'analyse de ce grand nombre de données sismologiques nécessitera d'importantes capacités en calcul parallèle.

Participant : Céline Davy

Le bruit microsismique des stations sismiques situées dans l'Océan Indien est analysé en continu afin d'étudier les variations saisonnières liées à l'activité de la houle. Une étude de la polarisation du bruit sismique permet de localiser les sources sismiques à l'origine du bruit enregistré par chaque station.

Il est prévu de poursuivre le travail par l'analyse de la polarisation du bruit microsismique enregistré par différentes stations sismiques à la Réunion, pour l'étude d'évènements de houles australes et cycloniques marquants.

Participants : Smutek Claude, Saramito Pierre, Bernabeu Noé

Réalisés en 2013-2014 :

Modélisation du refroidissement de la coulée du Chagnoumeni (Comores).

Tests logiciels de portabilité et de non-regression pour la librairie Rhéolef.

Prévus en 2014-2015 :

Approche multi-couche pour le refroidissement au coeur de la coulée de lave pendant la dynamique. Alors que les équations de la dynamique sont moyennées dans l'épaisseur, l'équation de conservation de l'énergie (thermique) est discrétisée verticalement et conduit à un problème multi-couche. Cette approche a également de très bonnes propriétés de parallélisation.

Participants : Smutek Claude, Saramito Pierre, Bernabeu Noé, Ozenda Olivier

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

• 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.
Le 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.

Plusieurs développements sont en cours :

• le passage du code actuel en 3D
• l'ajout de la prise en compte de la migration des particules
• modèle diffusif sur le mouvement des particules (modèle de Phillips)
• modifications du code pour l'adapter aux avalanches de débris.

Modélisation et prédiction de la distribution d'espèces invasives dans les Mascareignes

Participant : Steeves Buckland

Ce groupe étudiera la distribution potentielle d'espèces invasives au sein de l'archipel des Mascareignes (Île Maurice, la Réunion et Rodrigues). Le but principal est de modéliser statistiquement la distribution de plantes exotiques envahissantes ou non dans ces trois Îles. Nous prévoyons d'analyser le potentiel invasive d'un minimum de dix espèces et d’utiliser des approches statistiques pour analyser et interpréter des données. Nous avons sélectionné cinq algorithmes pour construire des modèles d'ensemble, ou consensus, et ainsi estimer la distribution potentielle des espèces considérées : (i) MaxEnt, (ii) GBM, (iii) Random forest, (iv) GLMs et (v) GAM.

Les projections des modèles seront faites grâce au module BIOMOD2 implémenté sous le logiciel R. Ces analyses sont basées sur des données de distribution à l'échelle mondiale et nécessitent de ce fait beaucoup de ressources mémoire.
Les ressources fournies par le cluster de calcul permettront de simplifier et de rendre plus rapides la calibration des modèles.

Participants : Garry Rivière, Alain Bastide

On cherche à contrôler les écoulements d'air dans une cavité en mécanique des fluides numériques. Il est nécessaire de réaliser des comparaisons avec des benchmarks numériques et de lancer plusieurs calculs en parallèle pour étudier l'impact de différents paramètres.

Le travail de cette première année de thèse a porté sur l'optimisation de la forme d'une conduite d'aération en forme de Té pour un écoulement incompressible et isotherme. Le travail s'est axé sur une optimisation topologique de la conduite par la méthode continue de l'équation adjointe.

Pour cette prochaine année, dans la continuité des travaux de l'année passée. Le travail portera sur l'optimisation de formes et le contrôle d'écoulements par d'autres types de méthodes. Dans un second temps nous tenterons d'appliquer ces méthodes à des écoulements prenant en compte les échanges thermiques.

Participant : Laurent Bridier

Utilisation de Cplex et conversion de programmes Matlab sous Scilab.

Participants : Mathieu DAVID, Faly RAMAHATANA

Une prévision localisée du rayonnement solaire pour l'île de la Réunion a été réalisée par une descente d'échelle avec le code régional WRF à partir des résultats du modèle global GFS. Ces prévisions pour le jour suivant (J+1) ont été réalisé pour une année de test (2011) et comparées avec des mesures au sol. Pour corriger les erreurs de prévision, des analyses statistiques ont été menées. Elles ont conduit à l'élaboration de 2 modèles de corrections (Filtre de Kalman et Réseau de Neurones).Les modèles de corrections sont limitées dans leur performance si l'on ne considère que la série temporelle du rayonnement. Un ajout de données exogènes apparaît nécessaire pour accroître la précision des prévisions à l'échelle locale.

D'autre part, la descente d'échelle souffre des faibles performances du modèle global GFS pour la zone Océan Indien (résolution trop grossière). Un couplage du modèle régional WRF avec les prévisions du modèle global ECMWF réputé comme plus performant va être testée.

Des simulations et du traitement numérique de prévisions réalisées par les modèles atmosphériques GFS et WRF ont été réalisés en 2013-2014 pour améliorer les entrées de modèles statistiques de prévision du rayonnement solaire.

L'objectif est de continuer des travaux entamés dans le cadre de la prévision du rayonnement solaire.