Programme National –ACI-FNS 2004 Aléas et changements

Programme National –ACI-FNS 2004 Aléas et changements globaux
Le milieu dans lequel évolue l’humanité est soumis à des perturbations d’origine anthropique
ou naturelle, s’exerçant sur des échelles de temps et d’espace très variables et pouvant
conduire à des déséquilibres ou des évolutions catastrophiques. Les recherches qui conduisent
à l’appréciation des aléas – modifications quantitatives (physiques, chimiques ou biologiques)
de l’environnement- font l’objet d’une forte demande sociétale et nécessitent la mise en place
de programmes de recherches car identifier et prévoir les aléas exigent de comprendre les
transformations internes et les seuils de déclenchement critiques et butent sur plusieurs
difficultés cognitives : dimension spatiale des aspects physiques, rythme des modifications et
des changements d’échelles...
Nature des aléas
Face à la complexité et la diversité des situations d’aléas rencontrées, une approche
interdisciplinaire est souvent nécessaire pour caractériser les différents facteurs et leurs
relations. La constitution de chantiers favorise les observations communes et une
interprétation enrichie par le développement d’une réflexion commune entre disciplines
scientifiques.
De grands progrès ont été faits dans la compréhension globale des phénomènes qui affectent
notre environnement physique : modèles explicatifs de la tectonique des plaques, de la
circulation générale atmosphérique et marine, des grands cycles comme celui de l’eau ou du
carbone. Ces modèles, validés et affinés par une confrontation permanente avec les
observations, mettent en oeuvre des théories physiques qui permettent de décrire et prévoir le
comportement moyen des systèmes naturels, dont la dynamique fait appel à des processus
complexes d’interactions entre échelles spatiales et temporelles. L’influence des petites
échelles se traduit par des fluctuations aléatoires ou des bifurcations, difficilement prévisibles
ou, tout au moins, hors de portée de la résolution de nos observations et de nos capacités de
calcul. Ces perturbations peuvent conduire à des instabilités, des processus de rupture ou des
événements extrêmes : séismes, éruptions volcaniques, crues, tempêtes, glissements
gravitaires, disparition d’un écosystème...
De plus, l’environnement terrestre subit aujourd’hui l’évolution lente mais certaine des
émissions des gaz à effet de serre et autres impacts liés aux activités humaines. Les études en
cours montrent qu’une tendance lente du climat accompagne cette évolution. En revanche, les
modélisations encore grossières ne permettent pas de savoir quels sont les phénomènes de
persistance d’anomalies, de modifications des trajectoires des tempêtes, ou autres anomalies
physiques qui seraient susceptibles d’accompagner ce changement. Les modifications des
forçages physiques ou chimiques résultant du changement climatique sont également
susceptibles d’influer sur la biodiversité terrestre et marine, la structuration et le
fonctionnement des écosystèmes et finalement les cycles biogéochimiques, pouvant conduire
à des effets de seuil catastrophiques.
Détection des aléas
Un problème fondamental est celui de la détection préventive des situations à risque et donc
de la reconnaissance anticipée de la conjonction de facteurs pouvant engendrer des dommages
substantiels.
Du côté de la « physique », le principe de la détection s’appuie sur la reconnaissance d’une
anomalie par rapport à un comportement statistiquement normal. Apparaît tout de suite la
difficulté de l’étude des aléas car leur rareté les rend peu perceptibles et il faut des méthodes
statistiques sophistiquées pour les déceler. Une difficulté supplémentaire provient de la
séparation parfois physiquement non pertinente entre un fond contextuel variable et les
événements extrêmes : la dynamique des milieux naturels est fortement non linéaire et de
fortes interactions d’échelle sous-tendent toute manifestation de variabilité. On parlera donc
d’environnement de grande échelle préconditionnant une recrudescence de risque (comme les
fréquences de tempêtes en France pendant la phase positive de l’oscillation Nord-Atlantique).
Ces sujets très sensibles sont à la limite de détection des capacités actuelles, compte tenu de
notre faible recul sur les observations, et des limitations dans la représentation de ces
phénomènes dans les simulations numériques.
La détection sur de plus longues échelles de temps s’appuie sur la réalisation d’ensemble de
simulations dont chaque élément permet d’anticiper le scénario dans une configuration
spécifique de paramètres. Explorer l’ensemble des scénarios possibles est une tâche énorme,
mais il est parfois possible de dégager des comportements génériques sur le long terme, ou
récurrents, qui permettent une détection statistiquement fiable des situations à risque. Ainsi,
pour explorer l’environnement climatique à l’échéance du siècle, un grand nombre de
scénarios est produit à partir de différents modèles (ce qui permet de prendre en compte les
incertitudes liées aux différences entre modèles) et des méthodes statistiques avancées sont en
développement pour détecter les changements éventuels de risques physiques, liés à des
modifications climatiques (par exemple, augmentation de fréquence des tempêtes,
modification des zones de vulnérabilité, érosion littorale, inondations…).
Prévisibilité
Malgré les progrès de l’observation et de la modélisation, la prévision des aléas demeure un
défi majeur. Certains processus resteront intrinsèquement imprévisibles, ce qui n’interdit pas
de se pencher sur la mitigation de leurs effets destructeurs. Du fait de la méconnaissance
partielle des paramètres locaux du milieu naturel et des conditions qui lui sont imposées à un
instant donné, les fluctuations du système sont a priori aléatoires ; de plus, il n’est pas facile
d’identifier la pertinence requise dans la connaissance des conditions initiales qui permet
d’améliorer la prévision d’un événement : certaines informations, trop complexes par rapport
au système de prévision lui-même, peuvent altérer fortement la capacité de prévision. La
prévision d’un événement doit être assujettie à un temps préalable d’annonce et à une
précision bien définie. La prévision à long terme (par exemple, la prévision des anomalies
climatiques qui se fait maintenant à l’échelle de 3 à 6 mois laisse envisager une gestion plus
rationnelle des réserves d’eau dans les régions tropicales) a des applications très différentes
d’une prévision à court ou moyen terme (par exemple la prévision des risques d’avalanche
déclenchera des mesures de sûreté dans les stations), et la notion de « terme utile » est
relative à chaque type d’aléa.
L’occurrence de l’événement lui même n’est pas
nécessairement concomitante de la catastrophe : il suffit de penser au délai entre pluie et crue
ou entre séisme et passage des ondes destructrices.
Depuis sa création, la météorologie est confrontée à l’exercice de la prévision. La prévision
du temps et des événements météorologiques a fortement progressé grâce au progrès de la
connaissance du fonctionnement de l’atmosphère, au développement de la puissance de
calcul, et grâce aux améliorations méthodologiques de la maîtrise des incertitudes. Cependant,
les événements extrêmes, comme une forte tempête, des orages violents, un séisme ou un
glissement de terrain, demeurent difficiles à saisir de par leur localisation, ou leur rareté. De
nouveaux développements sont plus que jamais nécessaires pour mieux identifier et détecter
l’apparition de divergence dans les trajectoires des systèmes dynamiques, ainsi que leur
origine. Si les frontières de l’ « imprévisibilité » ont reculé, l’exercice de prévision reste basé
sur une connaissance physique et « historique » encore limitée.
Méthodologie d’approche : systèmes d’observation,
modélisation, prévision
instrumentation,
La connaissance des aléas passe par l’impérieuse nécessité de capter les phénomènes
extrêmes (donc rares) et de détecter les non stationnarités. Identifier les seuils, les bifurcations
dans les comportements implique l’acquisition de longues séries chronologiques de données
de qualité, leur archivage et leur sauvegarde.
La méthodologie d’approche s’appuie sur :
 Des réseaux de mesures et d’observations, fondés sur des innovations instrumentales,
doivent satisfaire deux types de besoins complémentaires : compréhension
phénomènologique / acquisition de connaissances et surveillance d’un problème précis
/diagnostic sur une situation particulière.
 Des bases de données. La conception et la conservation de systèmes d’information
environnementaux multivariables et multiparamètres sur le long terme deviennent
indispensables.
 Des modèles (médiateurs disciplinaires, intégrateurs de connaissances, révélateurs de
lacunes, outils d’aide à la décision et d’élaboration de scénarii). Il conviendra : de
promouvoir l’approche quantitative des processus physiques complexes, de poursuivre
le développement de modélisations couplées (i.e. hydrologie /météorologie,
biogéochimie/dynamique..) s’appuyant, au plan technique, sur l’utilisation de couches
logicielles qui facilitent la modularité des systèmes, d’estimer les incertitudes des
modèles
 Des méthodes de prévision : il faut améliorer la compréhension du comportement des
incertitudes dans les conditions initiales, des facteurs pouvant entraîner des
divergences dans les prévisions, et apprendre à définir les limites de prévision pour un
phénomène donné.
Cibles d’études
Cet appel d’offre vise à promouvoir des études portant sur l'altération grave des conditions
environnementales et encourage un nombre limité de recherches pluridisciplinaires permettant
d'étudier des aléas affectant le continuum écosystèmes - cycles biogéochimiques – climat terre. L’appel d’offre propose plusieurs cibles dont l’objectif est d’amener différentes
communautés scientifiques à partager une réflexion sur la démarche méthodologique :
fonctionnement de l’aléa, détection, prévision, interaction entre paramètres
environnementaux.
Les projets comportant un volet en collaboration avec des chercheurs en Sciences Humaines
sur l’aspect social de la gestion des risques sont également encouragés.
1- Evénements de type aléas météorologiques
Sous ce thème sont regroupée les aléas liés à la variabilité haute fréquence du climat, tant pour le
climat actuel que pour le climat modifié. L’approche s’intéressera aux sources et mécanismes de
la variabilité du climat aux échelles régionales/locales (régimes de circulation, interaction
avec les surfaces continentale et la biosphère), ainsi qu’à l’analyse et à l’évaluation de la
propagation des incertitudes dans les systèmes complexes. Le questionnement s’intéresse à
la région Europe-Méditerranée (cyclones méditerranéens, période de canicule estivale,
tempêtes, incendies, inondations…) ainsi qu’à certaines phénoménologies tropicales où se
produisent de complexes interactions d’échelles influençant la prévisibilité. La structuration
de projets autour de chantiers particuliers sera encouragée. Les thèmes à aborder
concernent : condition de genèse et de développement, facteur d’amplification, détection des
précurseurs, fréquence d’occurrence, interaction avec l’hydrologie, l’utilisation des surfaces
continentales, conséquences pour les écosystèmes. L’amélioration de la détection et de la
prévisibilité de ces événements exceptionnels est une attente importante de cet appel d’offre.
2- Evaluation des impacts du changement climatique et changements
climatiques abrupts
Les questionnements concernent l’aspect « changement climatique » car l’évolution des
conditions climatiques peut être un facteur de nouveaux risques ou aggravant pour certains
risques.
Parmi les aléas liés au changement climatique, des études seront encouragées sur la détection
de nouveaux aléas liés à une évolution des conditions de grande échelle (niveau de la mer,
sécheresse, dérive d’icebergs, modifications de trajectoire de cyclones, modification abrupte
de circulation océanique, fréquence des incendies, effets de seuil dans les écosystèmes…).
Des études sont souhaitées en particulier sur les problèmes de persistance d’anomalies qui
peuvent engendrer des effets cumulatifs conduisant à dépasser des seuils critiques (ex :
canicule).
On s’intéressera également aux conséquences du changement climatique sur les émissions de
composés chimiques très sensibles aux paramètres météorologiques comme les Carbones
Organiques Volatils biogéniques, les poussières, les sels de mer... et des recherches sur la
régionalisation climatique seront encouragés pour améliorer l'évaluation des impacts
potentiels.
3- Les aléas géologiques aux Antilles
Lors de la prospective de la division science de la Terre de l’INSU (Vulcania 2002), le
chantier "Antilles" a été identifié comme cible prioritaire. Il est en effet nécessaire de mieux
comprendre le fonctionnement de cette zone volcanique et sismique du territoire français,
ainsi que son impact sur les sociétés de ces régions. Nous encourageons la mise en place de
projets permettant de contribuer à l’évaluation des aléas volcaniques, sismiques ou gravitaires
au niveau de l’arc des Antilles.
4- La sismotectonique en Méditerranée.
De nombreux résultats récents ont été obtenus sur la sismotectonique de la Méditerranée. Ces
résultats doivent être confortés et valoriser dans le cadre des objectifs du programme en
particulier les études d’imagerie géophysique et de tectonique. Ces applications pourront être
étendues aux régions connexes d'Afrique et d'Asie de l'Ouest. En ce qui concerne l'aléa
sismique, l’action encouragera la mise au point de méthodes de détections et d'analyse des
failles actives, les études des lacunes sismiques et de la distribution spatio-temporelles des
séismes, l'évaluation du potentiel sismogénique. Il sera souhaitable d’éviter une trop grande
dispersion géographique et thématique.
Focus sur le chantier Algérie.
Une action spécifique a été entamée en 2003 suite au séisme de Boumerdès. L’étendue des
dommages et la quantité de données collectées conduisent à encourager la continuation d’un
effort sur cet événement. Le récent et dramatique exemple du séisme d’Al Hoceima montre
que l’analyse des aléas pourra être étendu au Maroc. Les projets devront s’appuyer sur des
collaborations scientifiques locales.
5- Projets méthodologiques.
Le programme pourra également soutenir des projets méthodologiques originaux en relation
directe avec les objectifs de mitigation des risques. Les demandes seront appréciées en
fonction de leur pertinence pour les questions de prévision qui restent à terme un objectif
principal des recherches dans le domaine du présent appel d’offres. Les demandeurs sont
encouragés à présenter des projets concertés entre les différents acteurs nationaux.
. Fonctionnement du programme
Réponse à l'appel d'offres
Le proposant est invité à répondre aux différentes rubriques de l’appel d’offres et à fournir un
document projet exhaustif décrivant précisément le contexte scientifique dans le cadre
international, les questions abordées et la méthodologie originale choisie pour les résoudre
dans un contexte global et exhaustif. Les collaborations nationales, européennes ou
internationales doivent être mentionnées.
Les projets couvrent une période de trois ans et suivent les règles générales des projets
financés dans le cadre de l’INSU (financement de fonctionnement, mission, matériel,
vacations). Il serait possible d’envisager un nombre limité de bourses de thèse et de bourses
post-doctorales en accompagnement des projets d’envergure bien classés.
Le document projet présentera un échéancier sur trois ans à partir de l’automne 2004, en
précisant les soutiens accordés ou demandés par ailleurs au niveau national (autres
programmes nationaux, demandes d’équipements, demande de campagne à la mer, soutien
interne d'organisme, heures de calcul sur un grand centre...) ainsi qu’au niveau européen.
L’état d’avancement des projets retenus et le respect des calendriers annoncés sera assuré par
une évaluation à mi-parcours sur la base d’un rapport intermédiaire. Le financement accordé
sera réparti sur 3 versements de 30% chacun par année. Un rapport en troisième année
conditionnera l’obtention de la fin (10%) des crédits..
Pour sa recevabilité, le projet devra non seulement être nouveau et jugé prioritaire de par la
pertinence de son questionnement scientifique et l’innovation et/ou la solidité de sa
méthodologie, mais de plus il devra être accompagné d’une analyse attentive de sa faisabilité
en terme de calendrier et de moyen humain. Les projets coordonnés d’un montant total
minimum de 100 kEuros pour les 3 années sont recommandés. L’ensemble de ces éléments
sera déterminant pour son acceptation. Les dossiers seront évalués par un comité scientifique
mis en place par l’INSU.
Les proposants sont invités à utiliser le formulaire d'appel d'offres en annexe (veiller à
respecter le nombre maximum de pages indiqué) et le transmettre à l'INSU, à l'attention de
Mme Révillon ([email protected]) un exemplaire signé par le responsable du
laboratoire du proposant lui étant adressé par courrier postal -INSU, cellule programmes,
BP287, 75766 Paris cedex 16-), avant le 12 juillet 2004.