amélioration des processus physiques représentés dans les modèles en fonction des questions
scientifiques majeures et la mise en place d'un ensemble d'études permettant de lever les "verrous
scientifiques" et comprendre la réponse du système climatique à différentes échelles de temps.
Enfin, et c’est l’objet de ce projet, le succès de la démarche implique une évolution des codes de
modélisation du climat pour leur permettre de tirer pleinement parti des supercalculateurs actuels et
futurs, afin de réaliser des « simulations climatiques frontières » qui permettront des avancées
majeures tant pour la compréhension de la physique du climat que pour capacités de prédiction. Ce
projet nous donnera les moyens de réaliser ces simulations. Nous souhaitons nous attaquer à trois
frontières : celle des échelles spatiales, celle des échelles temporelles et celle du couplage multi-
physique. Pour ce faire, il réunit les trois organismes qui développent des modèles de climat en
France : l’IPSL, Météo-France (dont fait partie le CNRM-GAME) et le CERFACS.
4 Description du projet
Le 4 septembre 2004 s’est tenu à Toulouse un atelier qui a permis de déterminer les verrous
scientifiques et techniques qui doivent être levés pour apporter des réponses fondées aux questions
posées par les responsables et les décideurs. Une dizaine de défis scientifiques majeurs ont été
définis. Pour relever ces défis, il nous faut tout d’abord réaliser un saut qualitatif et quantitatif sur les
échelles d’espace résolues. En effet, une grande partie de l’énergie est à des échelles non résolues
par les modèles de climats actuels. Il nous faut ensuite être capable de simuler plus vite. Cette
capacité est nécessaire pour réaliser des simulations longues afin de comprendre les variations lentes
du climat, depuis la variabilité millénaire jusqu’aux cycles glaciaires. Simuler vite nous permettra aussi
de réaliser des simulations d’ensembles et d’aborder l’étude du climat de façon statistique. Enfin, il
nous faut progresser sur la complexité des systèmes modélisés. Le climat c’est tout d’abord la
dynamique de l’océan et de l’atmosphère, mais c’est aussi le cycle de carbone avec sa chimie et sa
biologie, la dynamique de la végétation et sa phénologie, la chimie atmosphérique, les aérosols,
etc …
L’objectif de ce projet est de développer une nouvelle génération de codes de climat massivement
parallèles et multi-physique, de faire progresser l’efficacité des simulations numériques pour la
modélisation du climat en développant la parallélisation des modèles et de leur couplage et en
évoluant vers des systèmes modélisés plus complexe tant aux échelles globales que régionales.
Atteindre ces objectifs demande de disposer de modèles exploitant de façon optimale les
supercalculateurs actuels et futurs en France (IDRIS, CCRT, Météo-France, CINES, …) comme à
l’étranger (Earth Simulator, Oak Ridge National Laboratory, DKRZ à Hamburg, CEPMMT à
Reading, …).
Au cours du projet, les modèles développés seront mis en œuvre dans trois applications innovantes,
qui correspondent à des domaines où la recherche française est en pointe. Le projet CICLE permettra
donc le développement et la démonstration à grande échelle d’applications innovantes en sciences du
climat. Il favorisera la mutualisation de ressources entre les acteurs français, mais aussi avec les
équipes européennes à travers PSI (voir partie B4). Le projet répond donc pleinement au deuxième
objectif du programme ANR-CIGC.
De nouvelles méthodes de parallélisation seront développées, pour obtenir des performances
optimales séquentielles et parallèles sur les calculateurs visés, qui sont d’architectures variées. Ces
méthodes seront appliquées aux différents sous-systèmes (dynamique atmosphérique et océanique,
transport des composés atmosphériques, végétation, coupleur, etc …) ainsi qu’au couplage de
l’ensemble. Les interfaces physiques et numériques entre les modèles seront reconsidérées, pour
traiter les différentes résolutions et l’ajout modulaire de nouveaux sous-systèmes
4.1 Contexte technique de départ
La version du modèle de l’IPSL (IPCL CM4 v1) actuellement utilisée en production scientifique est
optimisée pour les calculateurs vectoriels. La composante océanique dispose d’une version parallèle
performante (parallélisme mémoire distribuée par MPI et mémoire partagée par OpenMP). Une
maquette parallèle de la composante atmosphère (MPI) a été développée. L’assemblage des
différentes composantes en mode parallèle est en cours. Les premières applications scientifiques
avec la version parallèle du modèle de climat (IPSL CM4 v2) devraient débuter dès le début de
l’année 2006. L’efficacité parallèle* de cette version du modèle de climat de l’IPSL sera limitée : nos
objectifs scientifiques nous amènent à traiter des échelles de temps longues, ce qui limite la taille de
grille à des dimensions bien inférieures à celles utilisées en météorologie. Nous avons en particulier
besoin d’une version à très basse résolution pour des simulations très longues (simuler tout
l’Holocène, soit 10 000 ans par exemple).