MODÉLISATION ET PRÉVISION OCÉANOGRAPHIQUES

Les modèles numériques

L’évolution des techniques instrumentales a permis aux mesures océanographiques de prendre un tournant décisif vers une description de l’océan plus globale dans l’espace et plus continue dans le temps. Comme on l’a vu, la « maquette » d’une planète Terre n’est pas réalisable en laboratoire, au sens de l’impossibilité de prendre en compte toutes les échelles spatiales et temporelles et leurs interactions. La compréhension des processus océaniques à l’échelle de la planète n’est alors possible qu’à l’aide de modèles numériques.

Un modèle numérique d’océan est une combinaison raisonnable de l’ensemble des connaissances disponibles. Partant des principes fondamentaux, comme la conservation de l'énergie ou de la quantité de mouvement, on détermine les équations caractérisant l’évolution dans le temps des grandeurs physiques (température, salinité, vitesse des courants…). Ces équations ont une forme mathématique continue. On définit ensuite une grille tridimensionnelle (un maillage) et on transforme les équations continues en équations discrètes (celles-ci deviennent alors une suite d’opérations sur chaque point de la grille). Avec cette étape, appelée discrétisation, on perd une partie du signal que l'on compense par l'addition d'une paramétrisation, représentant ce qui se passe à l'intérieur d'une maille. Ces équations discrétisées sont ensuite codées dans un programme informatique (le modèle numérique). On y adjoint des conditions initiales (l’état initial du système) et des conditions aux limites (c’est-à-dire à la frontière des océans avec l’atmosphère, et au fond des océans). Enfin, on fait « tourner » le modèle, c’est-à-dire que le programme est exécuté sur l’ordinateur pour calculer l’évolution dans le temps des différentes grandeurs physiques. Le modèle numérique permet donc de réaliser une expérience, de mettre en œuvre une maquette numérique de la planète Terre.

Parallèlement aux observations in situ et satellitaires et aux expériences effectuées en laboratoire, la simulation numérique est donc de plus en plus utilisée pour intégrer cet ensemble de connaissances fragmentaires. Plus encore, elle est le seul outil permettant une expérimentation complète, au sens où elle seule prend en compte une grande partie des interactions entre échelles d’espace et de temps caractéristiques des sciences de l’environnement global. La modélisation numérique est donc la seule maquette expérimentale possible pour étudier les mouvements de l’ensemble des océans de notre planète.