Emulating high-resolution ocean dynamics from the available large-scale, multimodal and multiscale observation and simulation databases – EMOCEAN

Au cours de la dernière décennie, plus de 30 nouvelles missions satellitaires ont été lancées pour contribuer à l'observation de l'océan. Des projets de nouvelles missions, pour améliorer encore la couverture spatio-temporelle, sont déjà programmés, et aujourd'hui les données d'observation satellitaire de l'océan représente déjà des péta-octets de données à télécharger, stocker, analyser et transformer en information accessible et utile. Dans le même temps, la puissance de calcul et la compréhension des processus physiques caractéristiques croissent également et permettent de résoudre ces processus physiques à des échelles de plus en plus fines. Les simulations du Earth Simulator (Japon) en sont un parfait exemple. Elles permettent d'appréhender des modèles complexes océan-atmosphère et font la lumière sur les mécanismes fondamentaux régissant ces interactions aux échelles les plus fines.

Les décennies à venir verront se poursuivre cette croissance continue des masses de données d'observation in situ et satellitaire et de simulation des dynamiques de l'océan. Dans ce contexte thématique, ce projet vise à explorer une voie originale et complémentaire, des approches classiques de simulation de modèles complexes et d'assimilation de données, voie dont nos résultats préliminaires démontrent la pertinence. Ce projet s'appuiera sur l'expertise du consortium pour exploiter des avancées théoriques, méthodologiques et technologiques, dans les domaines de la turbulence, de l'océanographie physique, de la télédétection de l'océan, des mathématiques appliquées, du traitement du signal et des images, de l'apprentissage et des masses de données pour contribuer à notre objectif général d'identification, calibration, et exploitation de modèles d'"Emulation de l'océan à haute-résolution" (EMOCEAN) à partir de masses de données hétérogènes, multimodales et multi-échelles d'observation et simulation de l'océan.

En nous appuyant sur l'expertise pluridisciplinaire réunie, ce projet est structuré autour de trois objectifs scientifiques:
- Identifier calibrer à partir de masses de données hétérogènes, multimodales et multi-échelles d'observation et simulation des représentations déterministes et stochastiques des dynamiques superficielles de l'océan (Objectif O1);
- Exploiter ces nouvelles représentations pour développer des modèles d'émulation haute-résolution des dynamiques superficielles de l'océan à partir d'une série incomplète (en espace et ou en temps) d'observations satellitaires et/ou de sorties de modèles numériques (Objectif O2);
- Déployer et optimiser ces stratégies d'apprentissage et d'émulation à travers des architectures haute-performance permettant de manipuler et d'explorer des masses de données de l'order du peta-octet et d'atteindre des performances "temps-réel" pour les utilisateurs finaux (Objectif 03)

Les outils et méthodes développées seront mis en œuvre, validés et évalués comparativement à des solutions de l'état de l'art dans le cadre de deux cas d'étude:
- L'émulation haute-résolution de champs composites journaliers des dynamiques superficielles de l'océan à partir d'observations multi-capteurs (CS1)
- L'émulation à court-terme de scénarii de dispersion de particules à la surface de l'océan à partir de champs composites issus du cas d'étude CS1 (CS2).