Projets de recherche année 2015-2016

Participants : Kevin Lamy, Thierry Portafaix

Afin d'étudier la variabilité du rayonnement ultraviolet et sa relation avec l'ozone, il est nécessaire d'avoir de longues séries temporelles pour pouvoir détecter des tendances. Il n'y a que très peu de mesures au sol de rayonnement solaire dans l'Océan Indien et pour une période de temps limité, nous souhaitons donc recréer ces données à travers les paramètres contraignant la radiation uv de surface et ainsi étendre ces séries pour de plus longues périodes. Dans ce but, nous avons développé une paramétrisation locale utilisant le modèle de transfert radiatif Tropospheric Ultraviolet and Visible Model (TUV Madronich, S., UV radiation in the natural and perturbed atmosphere, in Environmental Effects of UV (Ultraviolet) Radiation (M. Tevini, ed.), Lewis Publisher, Boca Raton, pp. 17-69, 1993) et comparé ses résultats à plusieurs années de mesures au sol de rayonnement ultraviolet obtenus à partir d'un spectroradiomètre BENTHAM DM300 depuis début 2009 à aujourd'hui.

Participants : Ajaguin SoleyenMaïkandanie, Fabrice Jegou, Nelson Bègue

Parmi les gaz les plus actifs du point de vue radiatif, on distingue l’ozone dont la répartition verticale est caractérisée par un maximum de concentration situé entre 25 et 30 km d’altitude. Dans la stratosphère, les concentrations d’ozone sont contrôlées par des réactions chimiques qui contribuent à sa production et à sa destruction. Les concentrations d’ozone stratosphérique dépendent également des processus dynamiques, notamment via des phénomènes de transport de grande échelle qui contribuent à sa redistribution. Plusieurs études ont montré que les modèles d’advection de contour (Mariotti et al., 1997 ; Hauchecorne et al., 2002 ; Bencherif et al., 2007 ; Bencherif et al., 2011) étaient capables de représenter convenablement le transport des masses d’air polaire vers les moyennes latitudes, ou encore du réservoir stratosphérique équatorial vers les moyennes latitudes. Afin d’étudier le rôle des processus sur la composition chimique de la stratosphère, le modèle de chimie transport 3D, MIMOSA-CHIM, a été développé (Marion et al., 2003). Néanmoins, peu d’études utilisant ce modèle ont été réalisées jusqu’à ce jour dans l’hémisphère sud. L’étude proposée au travers de ce stage sera d’évaluer les capacités de la configuration « hémisphère  sud » de MIMOSA-CHIM pour l’étude de l’ozone au-dessus de l’hémisphère Sud. Au cours du stage l’étudiant sera amené à réaliser les simulations avec le modèle qui sera installé sur le calculateur de l’Université de la Réunion et celui du LPC2E. Les sorties du modèle seront validées par comparaison avec des observations satellite, les mesures radiosondage du réseau SHADOZ et également avec les mesures de l’ozone par sondages LiDAR. De plus, dans le cadre de la collaboration qu’il existe entre le LACy et le LPC2E, l’étudiant(e) pourra être amené à effectuer un séjour de recherche à la Réunion. Cela lui permettra d’assister à des manipulations sur la mesure de l’ozone via radiosondage où lidar. Par le biais des simulations qui seront réalisées, l’étudiant(e) stagiaire pourra examiner les distributions de l’ozone (obtenues par observation et par modélisation) et quantifier la contribution de la chimie dans la variabilité de l’ozone stratosphérique.

Participants : Soline Bielli, Jonathan Durand

Le cluster Titan a permis en 2015 de réaliser des compilations de code afin de rendre les executables compatibles avec des cluster nationaux. De très courts tests sur le couplage entre ForeFire et MesoNH ont été réalisé.

Le projet de cette année s'apparente à celui de 2015 puisque Titan permettra de tester des petits développements en amont de la simulation finale reproduisant à très haute résolution l'éruption d'avril 2007.

Participant : Nelson Bègue

Le travail de cette année a consisté à l'installation des deux principaux codes utiles à la réalisation de ce projet, à savoir MIMOSA-CHIM (dans sa configuration sud) et MIMOSA. Un petit travail de développement également été réalisé pour l'adaptation du modèle MIMOSA-CHIM sur 21 niveaux.

Les perspectives a moyen et long terme de cette année est d'une part valider le modèle MIMOSA-CHIM dans sa configuration à partir des observations in-situ et satellites. Suite à cette étude de validation du modèle, le travail consistera en l'étude de quantification de la dynamique et de la chimie dans le bilan de l'ozone dans l'hémisphère sud. A court terme, une perspective est l'analyse de corrélation de la PV et de la concentration d'aérosols du volcan chilien, dont le panache a atteint la Réunion en Mai 2015. La réalisation des simulations portées sur TITAN et Métis permettront d'analyser l'aspect dynamique de cet évènement, qui reste relativement rare pour un site tel que la Réunion.

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.

Nouvelles simulations pour tester l'impact de la présence d'une ile a relief plat afin de consolider les interprétations. Finaliser les résultats pour une publication pour la fin d'année 2015-début 2016

Participants : Emmanuel Cordier, Joris Pianezze

Ce projet vise à étudier les cyclones et leurs impacts sur La Réunion, sur Mayotte et l'île Maurice dans un environnement en évolution démographique et climatique. La prévision numérique de la trajectoire et de l’intensité des cyclones tropicaux se révèle un enjeu majeur pour prédire les conséquences résultant de leur passage sur ou à proximité des terres. Les travaux de recherche sur la modélisation des cyclones ont permis depuis 30 ans d’améliorer sensiblement la prévision de leur trajectoire et, par conséquent, de leur possible arrivée sur les côtes. Aujourd'hui, le problème estimé prioritaire par la communauté scientifique est d’améliorer la modélisation numérique des variations d’intensité des cyclones pour mieux en caractériser ses conséquences sur les terres émergées. Ces variations d’intensité des cyclones sont liées à des facteurs environnementaux atmosphériques et océaniques, ainsi qu'à des processus de plus petites échelles internes aux systèmes qui demeurent peu prévisibles avec les modèles actuels. Si les pistes de progrès sont multiples, il existe aujourd'hui un consensus pour dire que les principales sources d’amélioration des modèles atmosphériques passent entre autre par leur couplage avec l’océan. Ce projet s'intéresse alors à développer un système numérique de l'océan, couplé directement avec l'atmosphère, sur la zone de l'Océan Indien occidental. Un tel système numérique requiert des capacités de calcul importantes. 

Cette année, il est prévu les activités prévues sur le calculateur sont :

• l'initiation de CALHYCO
• l'installation d'outils comme SWAN, MARS3D et WW3
• l'analyse du climat des vagues à La réunion
• les ré-analyses sur 40 années des houles à la réunion.
• des études des événements extrêmes, de leur fréquence et intensité

Participant : Pauline Gelin

Mon projet 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).

Des simulations, basées sur les différents scénarios d’émission de gaz à effet de serre et de réchauffement associé (IPCC), seront 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.

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.

I was running the regional climate model RegCM4 on titan. This model calculate climate information at regional scale based on the fundamental physical equations and parameterizations of some physical processes. The model could have different combinations of parameterizations. Also different research domain prefers different parameterizations. To find the optimistic physical configuration of my research domain, I have tested RegCM4 with a serious of different model configurations on titan.

The new works on titan in the new year is to simulate the future climate using RegCM4. Simulating climate is a computer-resource-consuming task. As estimated based on our running experience on titan, this task will running several months to one year. So, if it's possible to increase the available CPUs or calculating walltime will be very helpful.

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’analyse des fonctions récepteur calculées au niveau des stations sismiques permanentes installées sur la trace du point chaud de La Réunion et à Rodrigues a permis de déterminer la profondeur de la discontinuité sismique entre la croûte et le manteau supérieur. Les stations sismiques utilisées font partie des réseaux permanents : GEOSCOPE, IRIS et GEOFON et disposent de plusieurs années d’enregistrements. L’inversion conjointe d’une fonction récepteur et de données de dispersion des ondes de surface a également été réalisée à deux stations installées à La Réunion et à Maurice. L’inversion conjointe permet d’obtenir un modèle de vitesse sismique 1D de la lithosphère sous La Réunion. Cette modélisation a nécessité l’utilisation d’un code de calcul fonctionnant en parallèle sur Titan. Les résultats suggèrent une lithosphère d’épaisseur normale (par rapport à son âge) au niveau de La Réunion (~ 70 km). Par contre, les modèles de vitesse obtenus à la station de Maurice suggèrent une épaisseur de lithosphère d’environ 50 km et un amincissement de la lithosphère par érosion thermo-mécanique. Les modèles de vitesse montrent également la présence possible d’un sous-placage magmatique plus épais sous l’île Maurice (~ 7 km) que sous La Réunion (≤ 3 km). Enfin, une zone anormalement lente est observée dans les modèles de vitesse obtenus à la station de La Réunion au-dessous d’environ 33 km de profondeur (sous le niveau de la mer). Cette région à faible vitesse sismique pourrait correspondre à un lieu de stockage magmatique sous le Piton de la Fournaise.

Ce travail est issu d’une collaboration entre plusieurs universités: Fontaine F.R., Barruol G., Université de La Réunion, IPG Paris, Sorbonne Paris Cité, UMR CNRS 7154, Université Paris Diderot Tkalčić H., The Australian National University Wölbern I., Rümpker G., Goethe-University Frankfurt Bodin T., University of California, Berkeley et Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université de Lyon-1 Haugmard M., Université de Nantes

L'année 2015-2016 devrait permettre de cartographier en grande partie les structures de la croûte à La Réunion et autour du point chaud grâce à la méthode des fonctions de transfert. L'analyse de ce grand nombre de données nécessitera d'importantes capacités en calcul parallèle.

Participants : Claude Smutek, Pierre Saramito, Olivier Ozenda

L'écriture d'un logiciel scientifique permettant la simulation d'une coulée de lave en couplant la dynamique et la thermique a été finalisée par la soutenance de la thèse de M. Bernabeu Noé en février 2015. 

Ayant entrepris depuis quelques années des recherches concernant les écoulements de laves dans les édifices volcaniques, nous avons développé des modèles numériques simulant la dynamique et la thermique de fluides non-newtonien (Smutek, Saramito, Bernabeu, Cordonnier). Nous nous intéressons à un autre type d’écoulement : les avalanches de débris.
De nombreux auteurs ont travaillé sur ce sujet ces dernières années (Mangeney, Lucas , Pudasaini & Hutter, Davies, Hayashi, Staron & Lajeunesse, Kerswell, Faccanoni …). Nous nous appuierons sur l’expérience acquise dans le cadre d’une précédente thèse (Noé Bernabeu, 2011-2014).
Ce projet sera donc abordé en développant des modèles numériques reposant sur des écoulements gravitaires minces en première approche.
Un début de réflexion tenant compte de la diffusivité des roches a déjà été commencé notamment pour des études portant sur des éboulements anciens du Piton des Neiges (île de la Réunion), notamment une avalanche de débris localisée sur la Rivière du Mât (Salazie), (V. Famin et L. Michon, 2010)
Un modèle tridimensionnelle pour un fluide viscoplastique en écoulement mince permettant une topographie arbitraire a déjà été développé (Bernabeu, 2014), associé à une fonction de maillage auto-adaptatif pour une meilleure précision. Des comparaisons à des mesures expérimentales (Michon & Famin,2010)( Schneider) serviront à tester et démontrer l'efficacité de cette approche.

Participant : Marania Hopuare

L'objectif du projet COBIOPOL est d'élaborer un fichier de données climatologiques sur Tahiti exploitable par les bureaux d'études en bâtiments. Le réseau d'observations météo étant très restreint sur Tahiti, le recours au modèle de climat permet d'avoir des données météo sur toute l'île (après validation par les observations) à 4 km de résolution.  

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.

Les travaux réalisés sur le calculateur ont permis de mettre en place un cadre de test nécessaire au développement de méthodes de post-processing de la prévision de rayonnement solaire générée par des modèles de Prévision Numérique du Temps (PNT).

Les approches développées jusqu'à aujourd'hui pour corriger les prévisions du rayonnement solaire par des PNT globaux ou méso-échelles s'appuient uniquement sur des données endogènes. Une collaboration avec le LACy et le Laboratoire de Météorologie Dynamique (IPSL) est en cours pour déterminer les paramètres exogènes influençant la formation nuageuse à La Réunion et prédits avec fiabilité par les PNT. Les perspectives sont d'utiliser ces données exogènes dans de nouvelles méthodes de post-processing permettant d'améliorer encore plus significativement les prévisions du rayonnement solaire.

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.

Un premier travail a porté sur l'optimisation de la forme d'une conduite d'aération en forme de Té pour un écoulement incompressible et isotherme. L'étude s'est axée sur une optimisation topologique de la conduite par la méthode continue de l'équation adjointe.

Ensuite, nous nous sommes orienté vers l'optimisation topologique de conduites de ventilation soumise à deux régimes d'écoulement (laminaire et turbulent).  

Pour cette année les travaux seront dans la continuité de l'année précédente avec une modification des modèles de turbulence.

Participants : Alain Bastide, Delphine Ramalingom, Garry Rivière, Jennifer Lun Chuen, Karim Juhoor

Dans le cadre des recherches sur la convection naturelle et ventilation naturelle, un code de mécanique des fluides est en cours de développement. Il est utilisé notamment pour la réalisation de différents projets de simulation sur la calculateur.

Participants : Delphine Ramalingom, Alain Bastide

La période 2014-2015 a permis d'obtenir des données en faisant varier plusieurs paramètres (pression, température). Plusieurs configurations ont ainsi été étudiées et leurs impacts sur l'écoulement et les quantités thermiques et aérauliques sont en cours d'analyse.

La prochaine étape consisterait à identifier les conditions critiques au-delà desquelles l'écoulement serait perturbé. Une étude de stabilité linéaire est envisagée.

Participant : Hadja Diagne

Correction des prévisions faites sur l'historique de 2011 et 2012 avec le modèle numérique WRF.

Application du modèle hybrides de prévision ur plusieurs sites de La Réunion. Amélioration de la performance des prévisions du modèle numérique WRF avec la classification journalière.

Participants : Colette Cordonin, Pablo Tortosa

L’objectif de ce projet est de caractériser la diversité microbienne de puces de petits mammifères provenant de différentes régions de Madagascar, mais également de Mayotte et de la Réunion. Des pools d’ADN de puces ont été séquencés sur 2 régions de l’ADN ribosomique 16S par la technologie Illumina Miseq, ce qui a généré quelques millions de séquences. Nous avons maintenant besoin du supercalculateur pour traiter ces séquences et en faire une classification afin de rendre compte de la biodiversité microbienne de ces puces régionales.

Participants : Yann Gomard, Pablo Tortosa

La leptospirose est une maladie humaine d'origine animale. Dans les îles du Sud Ouest de l'Océan Indien, cette maladie représente un problème de santé publique majeur. L'objectif principal du présent projet est de caractériser les leptospires (bactéries pathogènes à l'origine de la leptospirose)  issues la faune sauvage de différentes îles de la région. Pour cela nous avons besoin du supercalculateur pour réaliser les phylogénies de ces bactéries afin de les identifier mais aussi d'évaluer leur diversité.

Nous avons réalisé un séquençage shotgun de leptospires isolées à partir de la faune régionale, et souhaitons achever l'assemblage grâce à un nouveau jeu de données (PacBio) obtenu à partir des mêmes souches.

Etant en fin de thèse l'objectif est de compléter et de terminer les phylogénies grâce au supercalculateur afin que les résultats soient valorisés rapidement.

Participant : Abdelhalim EL OUAFDI

Ce projet a pour objectif de calculer la frequence de survenue d'un certain nombre de paradoxes que l’on rencontre en théorie du vote.

La méthode Condorcet est un système de vote dans lequel l'unique vainqueur est celui, s'il existe, qui, comparé tour à tour à tous les autres candidats, s'avèrerait à chaque fois être le candidat préféré. Il arrive dans certaines situations de vote qu'on se retrouve avec des résultats pas cohérents avec ceux que prendrait un individu rationnel. On parle de paradoxe de vote.

Ce projet consiste en l'analyse de la fréquence de survenue de ces paradoxes, qui, sous certaines hypothèses spécifiques, revient à calculer le nombre exact de solutions entières dans un système de contraintes linéaire. Les calculs à effectuer sont étroitement lier à des problèmes de géométrie, tels les calculs de volume ou la détermination du polynôme d'Ehrhart de polytope en dimension n.