Simulations Monte-Carlo pour la Météorologie et la Climatologie – MC2

L'objectif du projet MC2 est de développer et de valider de nouvelles méthodes numériques qui captent précisément et efficacement l'effet de la complexité urbaine dans des simulations d’écoulements turbulents couplés aux transferts de chaleur pour les services météorologiques et climatiques. Ces nouvelles approches visent le passage à l'échelle des simulations météorologiques et climatiques pour tenir compte de la description 3D complète d’une ville entière incluant la diversité des propriétés des matériaux.
Des modèles physiques, algorithmes et bibliothèques libres de calcul scientifique seront développés pour résoudre les transferts de chaleur couplés par des méthodes probabilistes de Monte-Carlo possédant un temps de calcul indépendant du nombre de dimensions et de la complexité du domaine contrairement aux approches déterministes. En calculant les transferts de chaleur transitoires couplés et linéarisés dans des villes avec un seul algorithme de Monte-Carlo et des outils avancés de synthèse d’images, la méthode de Monte-Carlo symbolique permettra d'accélérer les temps de calcul en archivant les chemins spatio-temporels et capturant les dépendances aux sources et aux paramètres de la simulation. Des bibliothèques scientifiques libres et open-source seront créées et diffusées dans différentes communautés scientifiques (transfert de chaleur, atmosphère, climat) telles qu’un générateur procédural de villes ou des algorithmes de Monte-Carlo.
Le premier objectif du projet MC2 est de fournir des simulations multi-échelles et multi-physiques à haute résolution des interactions ville-atmosphère qui tiennent compte de la géométrie complexe des villes. Une nouvelle approche de modélisation des transferts couplés convection-conduction-rayonnement en milieu urbain sera développée et les bénéfices potentiels de ce nouveau modèle seront quantifiés pour des géométries urbaines idéalisées ainsi qu'une géométrie réelle constituée d'une partie de Toulouse (France). Pour cela, une modélisation probabiliste du transfert de chaleur en morphologie urbaine 3D complexe sera intégrée dans le code atmosphérique méso-échelle Meso-NH.
Le deuxième objectif du projet MC2 est de développer des modèles rapides de villes qui intègrent la complexité géométrique de la ville directement dans la colonne atmosphérique calculée par des modèles climatiques globaux ou régionaux, prenant ainsi en compte le couplage local avec l’atmosphère de manière simplifiée. Une hiérarchie de modèles rapides de villes sera développée pour les services climatiques où la colonne atmosphérique de la simulation climatique transitoire de long-terme sera couplée au modèle de transfert de chaleur probabiliste dans la ville pour fournir de nouvelles métriques telles que la consommation d’énergie à l’échelle de plusieurs décennies et d’un territoire. Les modèles rapides de villes seront améliorés grâce aux nouvelles simulations meso-échelle de la ville réalisées dans le projet MC2 et l’incertitude associée aux hypothèses de descente d’échelle sera quantifiée.