LES JEUDIS DE LA RECHERCHE DE L’X 2 OCTOBRE 2014 CLIMAT ET ENVIRONNEMENT Comprendre le changement climatique et ses impacts environnementaux 1 LA RECHERCHE À l’X Patrick Le Quéré, directeur adjoint de l’enseignement et de la recherche L ’École polytechnique s’appuie sur un centre de recherche de pointe qui rassemble 20 laboratoires, tous unités mixtes de recherche avec le CNRS. Ce partenariat est le garant que les recherches menées dans les laboratoires satisfont une exigence de qualité, nécessaire pour fournir le support du niveau d’enseignement exigeant de l’École. •Énergies, transports et environnement •Modélisation et optimisation des systèmes complexes •Matière et lumière en conditions extrêmes •Marchés, innovation et relations science et société •Nanosciences, matériaux innovants et procédés efficaces •Structures et lois universelles C’est cette grille que nous allons utiliser pour présenter nos recherches lors de la série des ­« Jeudis de la recherche de l’X », que nous entamons avec la thématique « Climat et Environnement ». Un centre de recherche dynamique et reconnu Regroupant 1600 personnels de recherche, le centre de recherche de l’X allie l’approfondissement des aspects les plus fondamentaux de la recherche pour le progrès des connaissances au développement de grands domaines plus appliqués qui répondront aux enjeux scientifiques, technologiques et sociétaux du 21e siècle.­ Il crée un écosystème propice à l’innovation. Le centre de recherche de l’X est reconnu au plan national et international, en témoignent les prix et distinctions reçus chaque année par les personnels de recherche. Des transferts de technologie pour valoriser la recherche L’École polytechnique détient aujourd’hui un portefeuille de 500 brevets récents et d ­ iversifiés et 18 demandes de brevets sont déposées en moyenne par an. Les chercheurs de l’École ainsi que leurs collaborations fructueuses avec des étudiants sont à l’origine de la création de nombreuses start-ups. Une stratégie de recherche organisée autour de 8 thématiques interdisciplinaires L’École polytechnique a défini 8 thématiques dans sa stratégie de recherche. Ces thématiques de recherche répondent à des enjeux sociétaux et technologiques par le biais de projets transverses et multidisciplinaires, auxquels sont associés les laboratoires de l’École : •Bio-ingénierie, biologie et santé •Concepts et méthodes pour la société numérique « Climat et environnement » à l’École polytechnique À l’École, cette thématique est portée par quelques laboratoires, et plus particulièrement deux laboratoires du département de mécanique, le Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) et le Laboratoire d’Hydrodynamique de l’X (LadHyX). Ces deux laboratoires abordent cette problématique en mettant la 2 mécanique des fluides au centre de leur démarche. L’atmosphère terrestre est en effet un fluide stratifié sur la verticale, mis en mouvement par le différentiel de chauffage par rayonnement solaire entre les pôles et la zone tropicale lié à la rotondité de la Terre. La mécanique des fluides appliquée aux écoulements géophysiques permet en particulier de représenter la diversité des phénomènes observés de l’échelle de la tornade à celle de la circulation générale, non seulement sur Terre mais aussi en planétologie. Les présentations d’Hervé Le Treut et Caroline Muller permettront de préciser les enjeux et défis de recherche pour améliorer les capacités prédictives, tant aux échelles globales qu’aux échelles locales. Nous espérons que ces « Jeudis de la recherche de l’X » vous permettront de découvrir ou d’approfondir vos connaissances de notre centre de recherche, véritable moteur de l’École polytechnique. Patrick Le Quéré, Directeur adjoint de l’enseignement et de la recherche 3 Hervé Le Treut Ancien élève de l’ENS Ulm (promotion 76) et titulaire d’un doctorat ès-sciences portant sur la modélisation du climat, Hervé Le Treut est professeur à l’Université Pierre et Marie Curie, en détachement du CNRS. Il est professeur de mécanique à l’École polytechnique depuis 1991, et membre du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD, une UMR de l’École polytechnique en co-tutelle avec le CNRS, l’UPMC, et l’ENS). Il a dirigé le LMD pendant 7 ans et dirige depuis 2008 l’Institut Pierre Simon Laplace, une fédération de 6 laboratoires en région parisienne. L’IPSL développe à l’École polytechnique, au sein du LMD, un site d’observation d’envergure internationale : le SIRTA. Hervé Le Treut est membre de l’Académie des Sciences et membre du Groupe Intergouvernemental d’experts sur l’Évolution des Climats. 4 Quelles recherches face aux enjeux des changements climatiques ? Hervé Le Treut L ’étude de l’atmosphère, et donc celle du climat qui en dépend fortement, s’est organisée de manière croissante, depuis les années 80, comme un effort de coopération à tous les niveaux : international, européen, national, francilien. Un enjeu majeur est de développer des outils de modélisation d’une part, d’observation d’autre part, qui soient à l’échelle des interrogations actuelles sur l’ensemble des changements environnementaux et sur le risque de réchauffement climatique en particulier. Modèles et systèmes d’observation ne doivent pas être conçus de manière séparée et le lien entre les deux constitue presque toujours le levier des avancées scientifiques majeures et une source de développements techniques importants autour de la thématique appelée « Big Data ». titut Pierre Simon Laplace (IPSL). L’activité a d’abord été centrée sur un développement instrumental très innovant (large utilisation des ballons, rôle historique dans la conception de plusieurs générations d’instruments satellitaires, développement de lidars). Elle a donné lieu à un site instrumenté d’envergure internationale, le SIRTA, implanté près du lac, qui rassemble plus d’une centaine d’instruments mesurant toutes sortes de paramètres atmosphériques dans un mode opérationnel. Aujourd’hui, le LMD aborde des sujets qui sont clef pour un meilleur dimensionnement et une meilleure prise en charge des risques climatiques : rôle des nuages pour déterminer l’amplitude des changements climatiques à venir, capacité à estimer les impacts régionaux de ces changements, rôle de la pollution atmosphérique... Les équipes du LMD-Polytechnique ont pour cela abordé aussi le domaine de la modélisation régionale et elles participent à la dissémination des résultats au travers de Services Climatiques qui sont en développement au sein de l’IPSL. L’École polytechnique joue un rôle fort dans ce domaine, puisqu’elle a accueilli, dès le déménagement à Palaiseau, en 1976, des équipes importantes du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD). Le LMD, une centaine de personnes actuellement à Polytechnique, le double au total, est un des laboratoires de l’Ins- 5 Caroline Muller Diplômée de Supaéro en 2003 et titulaire d’un doctorat en mécanique des fluides de la New York University, Caroline Muller débute sa carrière en 2008 comme chercheuse associée postdoctorale au département des sciences de la terre et de l’atmosphère du MIT. En 2010, elle rejoint l’Université de Princeton au titre de chercheuse associée pour le programme en sciences de l’atmosphère et de l’océan. Depuis 2012, elle est chargée de recherche CNRS au Laboratoire d’Hydrodynamique (LadHyX), laboratoire conjoint École polytechnique / CNRS. Caroline Muller est par ailleurs directrice de la FDSE Summer School (Fluid Dynamics of Sustainability and the Environment), co-organisée par l’École polytechnique et l’Université de Cambridge. 6 Importance de la mécanique des fluides pour la compréhension du climat Caroline Muller L ’humanité fait une expérience géophysique sans précédent. Les niveaux de dioxyde de carbone atmosphériques sont nettement supérieurs à ce que la Terre a connu depuis plus d’un demi-million d’années. Les meilleurs outils dont nous disposons pour mieux comprendre et anticiper le changement du climat sont les modèles numériques de prévision climatique. Ces modèles ont permis à la communauté scientifique de mettre en évidence des changements robustes associés à l’augmentation du dioxyde de carbone. En particulier, une réponse robuste dans tous les modèles climatiques est le réchauffement de la surface terrestre. Un autre changement notable associé à l’augmentation du dioxyde de carbone est le renforcement du cycle hydrologique : les régions qui reçoivent les plus fortes précipitations comme les régions tropicales vont être encore plus pluvieuses, alors que les régions arides vont voir leurs précipitations diminuer. Il reste cependant encore des incertitudes quant à certains aspects du changement climatique, sur lesquels la communauté scientifique concentre ses efforts, et notamment en ce qui concerne les nuages et les prévisions régionales. Le Laboratoire d’Hydrodynamique de l’X (LadHyX) travaille sur ces deux problématiques, en collaboration notamment avec Sandrine Bony et Philippe Drobinski au Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD), et Sophie Bastin au Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS). La théorie de la mécanique des fluides ainsi que des simulations numériques haute résolution doivent permettre de mieux comprendre les processus physiques en jeu. In fine, le but de ces recherches est d’améliorer notre compréhension de ces aspects du climat et leur représentation dans les modèles de prévision climatique. 7 Contacts Claire Lenz 01 69 33 38 70 - 06 30 12 42 41 [email protected] Raphaël de Rasilly 01 69 33 38 97 - 06 69 14 51 56 [email protected] 8