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Modélisation du climat : des calculs de tous types

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Modélisation du climat : des calculs de tous types

Quelles ressources en calcul sont nécessaires à la modélisation du climat ?

 

Les modèles de climat se fondent sur des programmes informatiques qui calculent, heure après heure, région après région, l’ensemble des variables d’état des différentes composantes du système climatique. La période simulée peut aller du mois à quelques milliers d’années. La 5e génération du modèle climat de l’IPSL a été utilisée pour les simulations du projet international CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) et c’est maintenant à la 6e génération que les équipes de l’ensemble de l’IPSL s’attellent. Marie-Alice Foujols, ingénieure de recherche CNRS, participe au développement informatique du modèle climat de l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL, CNRS/UPMC/UVSQ/CEA/IRD/Cnes/École Polytechnique/ENS) et détaille les ressources calcul utilisées pour la modélisation du climat à l’UPMC et dans les centres de calcul nationaux et internationaux.

 

Le modèle climat de l’IPSL

Le modèle climat de l’IPSL s’appuie sur la modélisation des différents éléments clés du système climatique : l’atmosphère est simulée par LMDZ, les surfaces continentales par ORCHIDEE, l’océan, la glace de mer et la biogéochimie marine par NEMO, la chimie atmosphérique par INCA et REPROBUS. Il est constitué d’une plateforme informatique qui permet, sur les centres de calcul usuels, de récupérer des configurations de référence, de compiler les sources des différentes composantes, des interfaces de couplage (océan-atmosphère) et du coupleur, de réaliser une expérience type fournie, de suivre son exécution, de produire et stocker des résultats bruts, et de faciliter l’accès à la communauté scientifique à des atlas et analyses systématiques. La 1ère génération du modèle climat de l’IPSL a été développée dans les années 1990. Les versions suivantes ont intégré, au fur et à mesure, les nombreux progrès scientifiques et techniques accomplis pour aboutir en 2010 à la 5e génération du modèle climat de l’IPSL et c’est maintenant à la 6e génération que les équipes travaillent.

 

Modélisation. © Animea, F. Durillon

 

Des besoins informatiques de plusieurs types

La modélisation du climat a été un utilisateur de la première heure des calculateurs. Les progrès des calculateurs ont été mis à profit pour progresser dans la simulation du climat. Ils ont permis d’intégrer de plus en plus de processus clé, d’affiner les mailles du calcul, d’allonger les périodes simulées et d’effectuer des ensembles de simulations afin de quantifier les domaines de validité.

 

Les besoins informatiques de l’IPSL sont maintenant de plusieurs types :

  • un besoin d'utiliser les machines de plus haute capacité possible, parce que cette compétition fait partie de la recherche et qu'il s'agit de garder notre crédibilité en restant au niveau de nos partenaires/concurrents étrangers.
  • un besoin récurrent de campagnes de calcul lors d’expériences dont la réalisation s’étale sur plusieurs années comme CMIP5 ; celles-ci impliquent d’anticiper les ressources qui seront disponibles afin de faire, à temps, les compromis nécessaires pour choisir le niveau de détail du climat simulé en fonction des ressources informatiques disponibles et du protocole expérimental.
  • un besoin d'analyses qui se situent à l'interface modèles/données, au plus près des chercheurs utilisant ces données, donc de moyens distribués sur les différents sites de l'IPSL.
  • un besoin d'accès réciproque aux résultats des autres centres de modélisation et de données au niveau national et international, nécessaire pour mettre en place notre recherche amont, comme pour développer une nouvelle activité de « services climatiques ».

Les ressources informatiques utilisées par l’IPSL concernent donc l’ensemble de la pyramide des moyens calculs : du laboratoire aux centres européens, ceux-ci étant accédés depuis les postes de travail individuels.

 

 

Calculateur Nec SX9 installé au CEA/CCRT. © P. Stroppa

 

Des ressources à l’UPMC

L’IPSL dispose de moyens de calculs locaux interconnectés sur ses différents sites. À l’UPMC, une salle machine héberge les serveurs des laboratoires et de l’IPSL. CICLAD est une plateforme de calcul, de stockage et de distribution de données composée de 19 nœuds de calcul (352 cœurs) et plus de 1 Po de disque reliés par une dorsale à 40 Gb/s. La plateforme CLIMSERV située à Polytechnique est construite selon les mêmes principes.

 

Les ressources prévues et utilisées pour CMIP5

En 2007, l’IPSL avait publié une note détaillant les ressources nécessaires pour la réalisation de CMIP5. GENCI (Grand Équipement National de Calcul Intensif) a supporté cette action en finançant un calculateur dédié aux simulations CMIP5 de l’IPSL : un NEC SX-9 composé de 3 nœuds de 16 processeurs chacun qui a été maintenu par le TGCC (Très Grand Centre de Calcul du CEA) entre 2009 et 2012. Des simulations complémentaires ont aussi été réalisées sur les autres calculateurs disponibles au TGCC (machine Bull) et à l’Institut du Développement et des Ressources en Informatique Scientifique (IDRIS, machine IBM). En tout, plus de 30 000 années de simulation ont été réalisées pour CMIP5 par l’IPSL entre 2009 et 2012.

 

Vers la 6e génération

Actuellement, nous travaillons à la mise en place de la génération suivante du modèle climat de l’IPSL : IPSLCM6. Il s’agit d’inclure les développements les plus récents de chacune des composantes du modèle climat, de compléter son infrastructure pour être efficace sur les calculateurs actuels et prochainement disponibles et, enfin, d’évaluer et garantir la qualité scientifique du modèle en comparant systématiquement les résultats des simulations aux jeux de données les plus complets possibles. Ce travail se fait aussi dans le cadre du projet ANR CONVERGENCE, récemment accepté dans l’appel à projet « Modèles Numériques », piloté par l’IPSL et incluant aussi Météo-France, le CERFACS, la Maison de la Simulation, l’IDRIS et, indirectement, le TGCC.

 

Pour en savoir plus :

 

Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL, CNRS/UPMC/UVSQ/CEA/IRD/Cnes/École polytechnique/ENS)Nouvelle fenêtre

L’IPSL comprend six laboratoires (LATMOS, LISA, LMD, LOCEAN, LPMAA, LSCE) dont les thématiques de recherche concernent l’environnement global. Il est associé à un Labex, le L-IPSL, qui se fait en collaboration avec deux autres laboratoires (l'IDES et le SISYPHE). L’UPMC héberge les laboratoires LATMOS, LMD, LOCEAN et SISYPHE, soit un effectif d’environ 600 personnes.

 

Stratégie calcul en modélisation du climatNouvelle fenêtre. Synthèse et Document technique, note numéro 29, mars 2007.

 

Le modèle de climat de l’IPSLNouvelle fenêtre

 

Calcul intensif pour le climat, l'atmosphère et la dynamique (CICLAD)Nouvelle fenêtre

 

CLIMSERV (service de données et de calculs de l’IPSL)Nouvelle fenêtre

 

Grand Équipement National de Calcul Intensif) (GENCI)Nouvelle fenêtre

 

Très Grand Centre de calcul du CEA (TGCC)Nouvelle fenêtre

 

Institut du développement et des ressources en informatique scientifique (IDRIS)Nouvelle fenêtre



26/07/13