Pour devenir climatiquement neutre d’ici 2050, l’Union européenne a lancé deux programmes ambitieux : le Green Deal
Les données d'observation seront continuellement saisiesun jumeau numérique pour rendre le modèle numérique de la Terre plus précis pour suivre l'évolution et prédire les futures trajectoires de changement possibles. Mais en plus des données d'observation couramment utilisées pour modéliser le temps et le climat, les chercheurs souhaitent également intégrer de nouvelles données sur les activités humaines pertinentes dans le modèle. Le nouveau modèle du système terrestre affichera de manière aussi réaliste que possible presque tous les processus à la surface de la planète, y compris l'influence humaine sur la gestion des ressources en eau, de la nourriture et de l'énergie, ainsi que les processus du système physique.
Le jumeau numérique vise à être un système d’information qui développe et teste des scénarios démontrant un développement plus durable et permettant ainsi de mieux éclairer les politiques.
« Par exemple, si vous envisagez de construirebarrage de deux mètres aux Pays-Bas, je peux consulter les données de mon jumeau numérique et vérifier si le barrage protégera toujours contre les événements extrêmes attendus en 2050."
Peter Bauer est directeur adjoint de la recherche au Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) et co-initiateur de Destination Earth.
Le jumeau numérique sera également utilisé pour la planification stratégique des approvisionnements en eau douce et en nourriture ou des centrales éoliennes et solaires.
Les chercheurs disent ce qu'il faut considérerévolution constante des conditions météorologiques depuis les années 1940. Les météorologues ont été les premiers à modéliser les processus physiques sur les plus grands ordinateurs du monde. Les modèles météorologiques et climatiques actuels sont idéaux pour définir des façons entièrement nouvelles d'utiliser efficacement les supercalculateurs dans de nombreuses autres disciplines scientifiques.
Dans le passé lors de la modélisation du temps et du climatutilisé différentes approches pour modéliser le système terrestre. Bien que les modèles climatiques représentent un très large éventail de processus physiques, ils ne tiennent généralement pas compte des processus à petite échelle qui sont nécessaires pour des prévisions météorologiques plus précises, qui à leur tour se concentrent sur moins de processus. Le jumeau numérique unira les deux zones et permettra de simuler les processus complexes de l'ensemble du système terrestre en haute résolution. Mais pour ce faire, les codes des programmes de simulation doivent être adaptés aux nouvelles technologies qui promettent une puissance de calcul nettement supérieure.
Avec des ordinateurs et des algorithmes disponiblesaujourd'hui, des simulations très complexes peuvent difficilement être effectuées à la résolution extrêmement élevée prévue d'un kilomètre, car pendant des décennies, le développement du code du point de vue de l'informatique est au point mort. Climate Research a bénéficié de la capacité d'améliorer les performances grâce à l'utilisation de processeurs de nouvelle génération sans avoir à revoir son programme. Cette amélioration gratuite des performances avec chaque nouvelle génération de processeurs s'est arrêtée il y a environ 10 ans. En conséquence, les programmes modernes ne peuvent souvent utiliser que 5% des performances maximales des processeurs conventionnels.
Pour réaliser les améliorations nécessaires, les scientifiquesinsistent sur la nécessité d'une conception collaborative, c'est-à-dire du développement conjoint et simultané de matériel et d'algorithmes, ce qui a été démontré avec succès par l'équipe de recherche au cours des dix dernières années. Ils proposent de porter une attention particulière aux structures de données générales, à l'échantillonnage spatial optimisé de la grille calculée et à l'optimisation des longueurs de pas de temps. Les scientifiques souhaitent également découpler les codes pour résoudre un problème scientifique des codes qui effectuent un calcul optimal sur l'architecture système appropriée. Cette structure de programme plus flexible permettra une transition plus rapide et plus efficace vers les architectures futures.
Les auteurs voient également un grand potentiel dansintelligence artificielle. Il peut être utilisé, par exemple, pour assimiler des données ou traiter des données d'observation, représenter des processus physiques non définis dans des modèles et compresser des données. Ainsi, l'IA peut accélérer la modélisation et filtrer les informations les plus importantes à partir de grandes quantités de données. En outre, les chercheurs suggèrent que l'utilisation de l'apprentissage automatique rend non seulement les calculs plus efficaces, mais peut également aider à décrire les processus physiques avec plus de précision.
Les scientifiques examinent leur document de stratégiecomme point de départ sur la voie de la création d'un jumeau numérique de la Terre. Parmi les architectures informatiques disponibles aujourd'hui et attendues dans un futur proche, les supercalculateurs basés sur des unités de traitement graphique (GPU) apparaissent comme l'option la plus prometteuse. Les chercheurs estiment qu'un jumeau numérique à grande échelle nécessitera un système avec environ 20 000 GPU et environ 20 mégawatts de puissance. Pour des raisons à la fois économiques et environnementales, un tel ordinateur doit fonctionner dans un endroit où l'électricité produite neutre en CO2 est disponible en quantités suffisantes.
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