Modélisation mécaniste du pergélisol en calcul à haute performance : pour une meilleure quantification des impacts du changement climatique sur les pergélisols

Soutenance d’Habilitation à Diriger des Recherches de Laurent Orgogozo

Composition du jury:
Philippe Ackerer, Directeur de Recherche Émérite au CNRS (rapporteur)
Etienne Ahusborde, Chargé de Recherche CNRS HDR (rapporteur)
Florent Dominé, Directeur de Recherche CNRS (rapporteur)
Oleg S. Pokrovsky, Directeur de Recherche au CNRS (parrain)
Alexandre Ern, Professeur à l’Ecole des Ponts (invité)

Résumé:
on action scientifique porte principalement sur la modélisation mécaniste du pergélisol (permafrost en anglais), le sol gelé en permanence tout au long de l’année, qui couvre un quart des terres de l’hémisphère Nord et qui dégele rapidement sous l’effet du réchauffement climatique. Ce dégel a des conséquences nombreuses  et importantes, locales, régionales et globales, et est associés à de forts impacts environnementaux et socio-économiques, notamment du fait de boucles de rétro-actions climatiques et de la destabilisation des terrains et des infrastructures sur-jacentes. Nécessaire pour anticiper ces conséquences, la simulation numérique du pergélisol se heurte néanmoins à des difficultés significatives, du fait de forts couplages multi-physiques, multi-échelles et de fortes non-linéarités.

Depuis mon recrutement au GET en 2010 j’ai développé et appliqué un solveur massivement parallèle pour la simulation du pergélisol dans le cadre de la boite à outil de mécanique des fluides numériques OpenFOAM. J’ai ainsi coordonné le projet ANR HiPerBorea (2020-2025) qui a visé à appliquer une approche de calcul à hautes performances à la simulation du pergélisol sur quatre sites boréaux. HiPerBorea a permis de fournir de nouvelles contraintes quantitatives pour la prédiction de l’évolution du pergéilsol sous changement climatique, mais des temps de calculs considérables (en millions d’heures CPU) limitent les possibilités d’applications. En vue d’étendre l’approche mécaniste d’HiPerBorea à un grand nombre de sites d’observations, de permettre des analyses d’incertitudes, d’aller vers des applications opérationnelles ‘temps réel’, le recours à la modélisation hybride fait l’objet d’un nouveau projet ANR, le projet PERMACHANGE (2026-2029). Enfin, je me suis récemment intéressé à l’observation satellitaires, qui comme le calcul à hautes performances est appelée je pense à révolutionner les sciences et l’ingénieurie du pergélisol. Les différents projets impliqués reposent sur des collaborations scientifiques internationales fortes, notamment en Russie, en Suède, en Allemagne et au Danemark.