“Il n’y a pas de planète B”. Si le slogan écologiste appelant à préserver le seul espace accueillant la vie humaine n’a rien perdu de sa véracité, l’objectif de Destination Earth (DestinE) est bien de créer un double, virtuel, de notre planète. Plusieurs même puisque ce dernier serait interactif et modifiable à la guise des utilisateurs pour tester toutes sortes de scénarios !
De quoi mieux surveiller le changement climatique et ses impacts - ce que ne font pas directement les modèles actuels - mais surtout aider nos sociétés à s’y adapter, prévoient ses promoteurs.
Un projet très ambitieux qui, même s'il n'atteint pas son objectif final, devrait faire avancer les sciences du climat et l'échange de données relatives à la surveillance de notre planète. “Le Green Deal européen vise à faire de l’Europe le premier continent neutre d’un point de vue du climat d’ici 2050, explique un porte-parole de la Commission européenne, joint par L’Usine Nouvelle. Cela ne peut avoir lieu sans son objectif jumeau : la transition numérique.” Porté par la Commission Européenne dans le cadre de la stratégie européenne pour le numérique, DestinE doit débuter en 2021.
Deux premiers jumeaux numériques en 2023
Concrètement, DestinE prendra la forme d’une plateforme donnant accès à des données, des modèles et des capacités de calculs. Dans un premier temps, plusieurs jumeaux numériques thématiques du système Terre permettront de reproduire différentes parties de notre planète. Par exemple les cycles biogéochimiques, le cycle de l’eau, la sécurité alimentaire. Ces briques verront le jour progressivement d'après le calendrier de la Commission, qui prévoit la publication de deux premiers jumeaux numériques en 2023. D’ici la fin de la décennie, l’ensemble des briques doivent converger pour former un jumeau intégré.
Inclus dans le cadre de la stratégie européenne pour le numérique annoncée en début d’année 2020, le financement du projet est encore en négociation mais devrait atteindre plusieurs centaines de millions d’euros. Le projet comportera des partenaires scientifiques, mais aussi industriels, qui ne sont pas encore connus.
Très haute résolution et intelligence artificielle
En simulant les lois qui gouvernent le climat pour reproduire la réalité, “les modèles climatiques actuels sont déjà des jumeaux numériques”, rappelle Sylvie Joussaume, climatologue et directrice de recherches au CNRS. Mais DestinE devrait aller plus loin dans la précision et la masse de données traitées. Pour rendre ses résultats pertinents à l’échelle locale, la plateforme ambitionne de développer des modèles aux mailles très fines. De l’ordre d’un kilomètre carré au lieu de plusieurs dizaines ou centaines pour les modèles de climat et de météo qui quadrillent le globe aujourd’hui.
Une révolution selon Bjorn Stevens, directeur de l’Institut Max Planck pour la météorologie, en Allemagne. “Dans les modélisations climatiques, une partie du calcul se base sur des lois physiques, et une partie sur des estimations à partir de modèles empiriques car utiliser des équations consommerait trop de puissance de calcul”, décrit le climatologue à L’Usine Nouvelle. Pour reproduire la convection des nuages et les échanges de chaleur verticaux au sein de l’atmosphère, par exemple, les scientifiques font pour l'instant appel à des approximations statistiques. Cette pratique, favorisant les incertitudes, pourrait être limitée grâce à l'usage de modèles plus précis.
Autre amélioration : DestinE vise à profiter pleinement du big data pour optimiser ses prédictions. “Nous collectons déjà quelque 100 millions de données observationnelles chaque jour via des antennes, des satellites ou des aéronefs, pointe Peter Bauer directeur adjoint de la recherche au Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF), l’un des organismes ayant conseillé la Commission pour construire le projet DestinE. Celles-ci pourront être intégrées en temps réel dans nos modèles pour savoir ce qu’il se passe.”
L'objectif étant de dépasser les données météo classiques. Le projet cite en exemple des données sur la pollution, les incendies, mais aussi sociales concernant par exemple les mouvements humains. Une intégration favorisée par la puissance de calcul mise à disposition du projet et l'accent mis sur l'intelligence artificielle, qui pourrait simplifier le traitement des données.
Supercalculateurs
Traiter de telles masses de données sera aussi un challenge technologique et industriel. Pour y répondre, DestinE s’appuiera sur les ressources développées dans le projet EuroHPC. Une initiative de la Commission qui vise à doter l’Europe de nombreux centres de calcul intensif financée à hauteur de 8 milliards d’euros. A la suite de la première phase de EuroHPC, visant à construire plusieurs centres de calcul à l'échelle pré-exascale, cette nouvelle mouture veut permettre au vieux continent de rester dans la course du calcul à haute performance et d’acquérir plusieurs centres exascale, capables d’opérer plus d’un milliard de milliards d’opérations par seconde.
Mais utiliser ces superordinateurs ne sera pas simple. “Jusqu’alors, la performance de chaque processeur augmentait et il était aisé d’ajouter de la complexité, de la résolution, ou de faire des simulations plus longues, résume Sylvie Joussaume. Mais la loi de Moore s’étiole : nous gagnons désormais de la puissance en additionnant les processeurs, ou grâce à des architectures complexes mêlant par exemple processeurs CPU et accélérateurs GPU. C’est une révolution pour le calcul, qui nécessite de retravailler nos codes en profondeur”, prévient-elle.
Interface utilisateur pour les politiques… et les industriels
Au-delà de sa très haute résolution ou de l’inclusion d’une composante humaine, DestinE se veut surtout interactif. “Le projet vise à développer de meilleurs capacités de prédictions, mais aussi à traduire ces prédictions en informations que différents secteurs pourront utiliser”, explique Peter Bauer. D’abord réservé à l’étude de l’impact de différentes politiques publiques européenne, la plate-forme devrait ensuite être ouverte aux scientifiques et aux entreprises, pour qu'ils accèdent aux données, aux modèles développés et testent les scénarios pertinents pour leurs cas d’usages. Qu'il s'agisse d’adaptation au changement climatique ou de prévision du vent pour les parcs éoliens.
À lire aussi
“C’est un projet intéressant mais la manière d’y arriver reste floue”, tempère Sylvie Joussaume. Pour la climatologue, donner accès à tous à un réplica du système Terre serait bien sûr une bonne idée, mais nécessite de surmonter un grand nombre de défis scientifiques dans un calendrier qu’elle juge “très court”.
Difficile, par exemple, d’imaginer donner à tous les capacités de calculs pour faire tourner un modèle si complexe. Des algorithmes d’intelligence artificielle pourraient venir alimenter le modèle pour “remplacer les étapes les plus consommatrices de calcul par des réseaux de neurones entraînés et plus rapides”, explique Peter Bauer. Mais avant de généraliser l'approche, “il faut d’abord prouver que le système Terre peut être représenté d’une meilleure façon en utilisant l’IA”, rappelle Sylvie Joussaume.
“C’est un projet très ambitieux, nous ne savons pas s’il réussira pleinement, reconnaît Peter Bauer. Mais c’est le seul moyen de concevoir et de partager un système d’information pour fournir les meilleurs données possible sur les changements terrestres et leur futur”. L'avenir du projet dépendra aussi de ceux qui s'en empareront.
