Pourquoi l'échelle continentale est-elle si importante ?
Des solutions innovantes à des problèmes difficiles
Jeremy Chen a développé le tout premier modèle hydrologique unique du Canada il y a plus de 10 ans, alors qu'il était candidat au doctorat. Nous avons discuté avec lui de l'évolution de la modélisation depuis sa réalisation révolutionnaire et des raisons pour lesquelles les modèles de nouvelle génération à l'échelle continentale tels que le C1W sont si importants.
VU ICI EN PREMIER - Le modèle du bassin continental canadien de Chen a généré une simulation inédite des schémas de drainage des eaux de surface et de la distribution de la profondeur moyenne des eaux de surface dans un seul domaine continental.
Q : Qu'est-ce qui vous a amené à vous intéresser à la modélisation hydrologique ?
Jeremy Chen : J'ai suivi un cours de modélisation dirigé par Ed Sudicky [cofondateur d'Aquanty] à l'université de Waterloo lorsque je faisais ma maîtrise. J'ai appris qu'il avait mis au point un modèle entièrement intégré qui simulait simultanément les eaux souterraines et les eaux de surface, et j'ai pensé que c'était brillant parce que c'est ainsi que le monde fonctionne. Il n'y a qu'un seul cycle de l'eau, mais les gens avaient imposé une séparation artificielle entre les eaux souterraines et les eaux de surface. J'ai donc choisi de faire mon doctorat avec Ed et nous avons obtenu un financement pour construire un modèle intégré à l'échelle continentale. C'est devenu le modèle du bassin continental canadien (MBCC).
Q : En quoi votre modèle initial était-il différent de C1W ?
JC : La plupart des principes fondamentaux sont les mêmes, mais nous avions des ordinateurs plus lents et notre résolution était limitée. Nous ne pouvions descendre qu'à une résolution d'environ 30 kilomètres carrés, ce qui laisse de côté des détails locaux importants tels que les petits ruisseaux et autres. La sortie du CCBM est bonne pour les grandes zones superficielles, mais il n'y a pas beaucoup de couches verticales. Le modèle Canada1Water comporte plus de nœuds, une résolution de grille plus élevée, de meilleures données sur la géologie de surface et des liens plus étroits entre le climat et l'hydrologie. De plus, notre modèle était entièrement stable, alors que Canada1Water a un cycle saisonnier, ce qui ajoute beaucoup d'informations et rend le développement beaucoup plus compliqué.
"Desmodèles plus grands avec une meilleure résolution permettent d'obtenir des réponses plus significatives.
Q : Il semble y avoir un mouvement en cours pour développer des modèles à l'échelle continentale : Canada1Water, Parflow-CONUS aux États-Unis et deux initiatives distinctes en Europe. Qu'est-ce qui motive ce mouvement ?
JC : C'est en partie parce que la technologie est enfin disponible. Il y a 20 ou 30 ans, tout ce que l'on pouvait faire, c'était de minuscules bassins versants, rien à grande échelle. Aujourd'hui, nous disposons de la puissance de calcul nécessaire pour élaborer des modèles beaucoup plus vastes. Les algorithmes numériques sont devenus plus efficaces, et les données disponibles sont plus nombreuses et de meilleure qualité, notamment les images satellites et les données géophysiques. Et il y a aussi un besoin de réponses à de grandes questions. Il est évident que la compréhension du changement climatique suscite beaucoup d'intérêt. C'est un sujet d'actualité, et c'est ce qui explique la nécessité de disposer de modèles à plus grande échelle.
Q : Pourquoi l'échelle est-elle si importante ?
JC : Des modèles plus grands avec une meilleure résolution permettent d'obtenir des réponses plus significatives. Tous les modèles sont soumis à des conditions limites qui les contraignent. Plus le modèle est grand, plus les conditions limites sont précises. Et pour le climat - dans le monde réel, le climat n'a pas de limites. Les boucles de rétroaction sont mondiales. Par conséquent, si vous voulez modéliser le climat avec une quelconque précision, vous devez travailler à l'échelle semi-continentale, continentale ou, idéalement, mondiale.
Q : À quels types de questions un modèle à l'échelle continentale comme C1W peut-il répondre ?
JC : Si vous êtes en Alberta et que vous vous intéressez à l'eau de surface pour l'irrigation, vous voudrez peut-être savoir combien vous pouvez prélever en toute sécurité dans une rivière donnée. Il n'est pas utile de voir seulement une partie de la rivière. Il faut voir l'ensemble pour représenter tout le système. De même, si vous voulez savoir ce qui se passe dans l'un des Grands Lacs, vous ne pouvez pas simuler uniquement celui-ci, car ils sont tous reliés entre eux.
Q : Comment Canada1Water se situe-t-il par rapport à d'autres initiatives de modélisation continentale en cours aujourd'hui ?
JC : Pour autant que je sache, Parflow-CONUS, le modèle européen Parflow-CLM et les travaux du Danemark visant à étendre son modèle national à l'échelle continentale disposent tous d'un code informatique sophistiqué et d'un couplage complet entre les eaux souterraines et les eaux de surface. Canada1Water est peut-être le modèle le plus physique à ce jour, et sa réduction d'échelle du climat régional est sans aucun doute très sophistiquée. Le plus important est la valeur qu'il apportera au Canada et aux Canadiens. Les chercheurs qui n'ont pas les ressources nécessaires pour construire leurs propres modèles peuvent prendre des extraits de Canada1Water et ajouter des données locales, spécifiques à un site, pour réaliser leurs propres simulations. Il permettra de répondre à des questions pratiques tout en faisant progresser notre compréhension fondamentale de l'hydrologie, de la climatologie et de la géologie en général.
Jeremy Chen est ingénieur principal à la Société de gestion des déchets nucléaires et développeur du Modèle du bassin continental canadien - un prédécesseur de Canada1Water.