Perspective historique

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1 Financement spécial du Gouvernement du Québec pour soutenir la recherche et la formation en sciences de l'atmosphère et physique du climat régional au Centre ESCER Sommaire Perspective historique... 2 Situation critique... 4 Précarité des études climatiques... 5 Positionnement stratégique... 6 Formation aux études avancées... 9 Une vision à moyen terme : Un laboratoire numérique pour la simulation et l'observation du Système Terre ESCER 2010 Page 1 de 12

2 Perspective historique Au début des années 1990, le Gouvernement du Canada élaborait le Plan Vert canadien, et Jean Charest, alors ministre fédéral de l environnement, en fit l annonce officielle { l UQAM en Suite au changement de gouvernement en 1993, ce programme ne fut jamais mis en œuvre intégralement. Toutefois dans le domaine du climat, le financement prévu pour la recherche put être sauvé in extremis grâce à la création d une fondation, la Canadian Institute for Climate Studies (CICS), qui opéra le Climate Research Network (CRN; jusqu en Cette fondation allait permettre d élargir la base de recherche du Canada en sciences du climat avec le démarrage d importants travaux de recherche universitaire et assurer leur financement durant près d une décennie. C est dans ce contexte que les chercheurs de l UQAM ont pu entreprendre le développement du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) et accélérer la formation de spécialistes en sciences de l atmosphère et physique du climat. En s effectua une transition dans le financement de la recherche universitaire en sciences du climat, avec la mise sur pied d une nouvelle fondation, la Fondation canadienne pour les sciences du climat et de l atmosphère (FCSCA; À cause des changements dans les règles de fonctionnement et le processus d attribution du financement de ces fondations, la période de transition de CICS à FCSCA ne se fit pas sans heurt pour les équipes déjà établies. Le groupe MRCC de l UQAM connu alors son premier et seul raté de financement, qui allait menacer la survie du seul groupe canadien de chercheurs spécialisés en modélisation climatique régionale, qui avait mis près d une décennie { se bâtir. En janvier 2001, M. Georges Beauchemin, sousministre adjoint à la Sécurité publique du Québec et directeur du Comité interministériel sur les changements climatiques (CICC) du Gouvernement du Québec, invitait René Laprise à s adresser aux ministères pour leur expliquer les progrès réalisés par son équipe de recherche en modélisation climatique régionale. S en suivit une réunion spéciale pour discuter de la situation précaire du groupe MRCC de l UQAM, au sortir de laquelle un financement de dépannage fut accordé par quelques ministères (Ressources Naturelles, Transport, Recherche Science Technologie) ainsi que Valorisation Recherche Québec (VRQ), afin d assurer la transition jusqu { ce qu un financement stable puisse être obtenu de la FCSCA. Cette réunion du CICC fut aussi déterminante pour l inciter { recommander de façon pressante au Gouvernement du Québec la création du Consortium Ouranos, avec le mandat d agir comme centre de référence et de transfert de connaissances pour toutes les questions relatives au climat. Avec l établissement d Ouranos, tous les attachés de recherche du groupe MRCC de l UQAM furent embauchés pour former son Équipe de simulation climatique d Ouranos (Daniel Caya, Anne Frigon, Michel Giguère, Hélène Côté, Dominique Paquin et Sébastien Biner). Ouranos exploite depuis le MRCC pour effectuer les projections climatiques pour le bénéfice de l ensemble du pays. La collaboration entre les chercheurs de l UQAM, d Ouranos et d Environnement Canada a depuis résulté en plusieurs réalisations scientifiques. ESCER 2010 Page 2 de 12

3 Avec la prise en charge des aspects opérationnels reliés aux longues simulations de projections climatiques par l Équipe de simulation climatique d Ouranos, le groupe de l UQAM recentra alors ses activités sur la formation de personnel hautement qualifié et entreprit le développement d une nouvelle version du MRCC. Ces efforts viennent récemment de porter fruit avec la mise au point de la version MRCC_5, basée sur la configuration à aire limitée du modèle de prévision météorologique canadien GEM qui est bien adapté pour la nouvelle génération des superordinateurs massivement parallèles du type de ceux de CLUMEQ-II ( Dans son budget de mars 2010, le Gouvernement fédéral annonçait qu il prolongeait le mandat de la FCSCA jusqu au 31 mars 2012, mais sans lui verser de financement supplémentaire, ceci afin de permettre «une évaluation des retombées scientifiques de la Fondation». La conséquence de cette procédure est qu aucune annonce du fédéral sur le prolongement de la FCSCA ou la création d un nouveau programme n est probable avant Considérant les délais usuels de mois entre l annonce d une décision d instituer un nouveau programme, sa mise en œuvre, le lancement d invitations aux chercheurs à déposer des demandes de financement, l évaluation des demandes et l attribution de nouveaux fonds, on constate qu il est virtuellement impossible d espérer un accès à un financement fédéral d ici septembre Quand on sait que la FCSCA a distribué quelques 117 M$ en financement de recherche depuis sa mise en place, constituant ainsi la source principale du financement de la recherche universitaire en sciences du climat et de l atmosphère au Canada, on comprend facilement la consternation du milieu de la recherche à l annonce de la fermeture de la FCSCA. En effet depuis l établissement de la FCSCA en 2001, les professeurs d ESCER ont obtenu un financement de $ en neuf ans en tant que chercheurs principaux (Source: En moyenne ces dernières années, le financement du Centre ESCER provenant de la FCSCA a été de $/an pour des projets sur lesquels les professeurs d ESCER étaient les chercheurs principaux ou codemandeurs. Malgré les protestations exprimées { l hiver 2010 par les médias (e.g et les étudiants ( les chercheurs individuels (e.g. et en groupe ( ainsi que les pressions exercées par les partis d opposition { la Chambre des Communes et le Gouvernement du Québec pour faire fléchir le Gouvernement Harper, rien n y fit et le fédéral maintint sa décision. ESCER 2010 Page 3 de 12

4 Situation critique C est ainsi que presque dix ans après la crise de transition de la CICS à la FCSCA qui a catalysé l établissement d Ouranos, le groupe MRCC (institutionnellement reconnu { l UQAM depuis 2003 sous le nom ESCER) revit encore une fois une période de précarité avec la fin imminente de sa source principale de financement. Une intervention du Gouvernement du Québec est ainsi apparue comme la seule solution à court terme pour pallier les conséquences du récent budget fédéral, dans l attente d un éventuel changement de politique au fédéral, afin de prévenir un exode massif du personnel de recherche du Centre ESCER et assurer la survie des programmes d études avancées et de formation en sciences de l atmosphère et physique du climat. Des contacts ont été établis avec des représentants du MDEIE depuis près de deux ans pour les informer de la situation du Centre ESCER, le seul centre universitaire canadien à œuvrer en recherche en physique du climat régional, en complémentarité avec les opérations du Consortium Ouranos. Le Gouvernement du Québec s est dit sensible à la situation particulière d'escer, le seul centre universitaire canadien { œuvrer en recherche en physique du climat régional et à offrir une formation en sciences de l'atmosphère en langue française au Québec. Le Conseil des ministres vient d approuver un financement spécial pour soutenir la recherche et la formation au Centre ESCER, au niveau de 500,000 $/an pour trois ans (septembre 2010 août 2013) : ce financement permettra ainsi de maintenir une masse critique d'attachés de recherche et de continuer à offrir un financement à de nouveaux étudiants, assurant ainsi la survie des programmes d'études avancées en sciences de l'atmosphère { l UQAM. ESCER 2010 Page 4 de 12

5 Précarité des études climatiques Toute personne éclairée reconnaîtra que la science, l innovation et la formation de spécialistes sont des outils indispensables pour bâtir une société moderne, soucieuse de son environnement et qui protège ses citoyens des aléas de la météo et des variations climatiques, et qu il serait irresponsable de se priver de telles ressources. Le désengagement du fédéral en matière de soutien à la recherche et à la formation en physique du climat risque d engendrer de graves répercussions pour le pays. Au Québec en particulier, des millions de dollars sont investis pour des études climatiques en impact et adaptation. Or une stratégie d adaptation responsable ne peut se fonder que sur une évaluation quantitative des impacts appréhendés, et les études d impacts requièrent des projections précises du climat futur; ces projections s obtiennent avec les simulateurs climatiques tels le MRCC, issus des recherches en physique du climat. La formation et la recherche universitaire en physique du climat constituent donc l assise même des études climatiques. La fin abrupte du financement fédéral à la FCSCA érode ainsi les fondations mêmes des études climatiques qui se retrouveront bientôt comme un bâtiment juché sur pilotis, vulnérable, en attente d une éventuelle reconstruction lente et pénible de sa base. Le Centre ESCER a mis deux décennies à développer une expertise de réputation internationale. Sans le soutien in extremis du Québec, la disparition du Centre ESCER aurait précarisé les investissements du Québec dans sa lutte contre les changements climatiques, en privant le pays des spécialistes dont il aura besoin pour poursuivre ses projets avec rigueur et compétence. Représentation caricaturale de «l édifice climatique» au Québec. ESCER 2010 Page 5 de 12

6 Positionnement stratégique L UQAM est la seule institution universitaire en Amérique { offrir une formation en français à tous les cycles en sciences de l atmosphère, incluant la prévision météorologique et la physique du climat. Et ce n est pas d hier que cette formation existe. Suite { l adoption de la Loi sur les langues officielles en 1969, le Gouvernement du Canada entreprit de corriger les iniquités dans la répartition linguistique des employés de la fonction publique. À l époque la presque totalité des employés du Service météorologique canadien étaient anglophones, et la langue de travail était généralement l anglais, même dans les bureaux du Québec. En 1972, le fédéral conclut un accord avec l UQAM pour la mise sur pied du premier cours en français de formation de météorologues prévisionnistes; ce cours correspondrait, selon les normes actuelles, au programme de Diplôme d études supérieures spécialisées (DESS) en météorologie ( Ce fut le début de la météorologie { l UQAM et de la formation en sciences de l atmosphère en langue française au pays. Depuis ce temps, plusieurs météorologues ont été formés en français par le biais des programmes de l UQAM, et ce aux trois cycles universitaires. Photo de la cohorte des étudiants de l UQAM en prévision météorologique. À la première rangée, on peut reconnaître, sur la gauche, René Laprise, et à ses côtés, Jocelyne Blouin. Le groupe de sciences de l atmosphère de l UQAM a pris un tournant décisif { la fin des années 80, avec le recrutement de plusieurs nouveaux professeurs spécialisés en simulation numérique appliquée { la prévision météorologique, { l assimilation des données atmosphériques et au climat. En particulier la modélisation du climat { l échelle régionale, { haute résolution, est devenue un axe majeur au cours des deux dernières décennies. L octroi d une Chaire de recherche du Canada en 2005 sur le thème de la modélisation régionale du climat, renouvelée en 2008 avec Laxmi Sushama comme titulaire, consacre ce domaine comme un axe prioritaire { l UQAM. Récemment un nouveau poste de professeur a été ouvert, sur la thématique du calcul de haute performance appliqué à la météorologie et { la modélisation climatique, en soutien { l octroi d une infrastructure informatique majeure d une valeur de 30 M$ au CLUMEQ-II. ESCER 2010 Page 6 de 12

7 Le Centre ESCER regroupe aujourd hui l ensemble de l expertise universitaire canadienne dans le domaine de la modélisation régionale du climat; ce groupe s est taillé une réputation et une visibilité { l échelle internationale pour l originalité de ses travaux de recherche et pour les efforts consentis à la formation de jeunes chercheurs dans ce domaine novateur. En fait le Centre ESCER a pallié depuis 20 ans le délestage de la recherche par les ministères et laboratoires gouvernementaux dans le domaine de la modélisation régionale du climat. Jusqu { récemment le groupe de recherche climatique d Environnement Canada { Victoria (CCCma; ne s était pas investi directement dans la modélisation régionale du climat, sauf à travers la participation de ses chercheurs dans les activités de recherche du Centre ESCER. Compte tenu de l avance du Québec dans le domaine de la modélisation régionale du climat, de la disponibilité d une infrastructure informatique de première classe avec CLUMEQ-II, et du besoin de spécialistes en sciences du climat au Québec, le Centre ESCER est dans une position stratégique pour faire une contribution majeure, dans un créneau spécifique et distinct de tout autre groupe universitaire au Québec et au Canada. Les chercheurs du Centre ESCER ont démontré leur intérêt dans une recherche à la fois fondamentale, mais aussi de pertinence stratégique, orientée vers le développement d outils prévisionnels quantitatifs de l environnement physique, en lien avec la modélisation du climat régional, pour répondre aux besoins spécifiques du Québec en matière d adaptation dans un contexte de changements climatiques { l échelle du globe. Les recherches sur les changements climatiques appréhendés, de par leur nature, impliquent des interactions entre plusieurs spécialistes. Les produits de la recherche du Centre ESCER ont des «clients» bien identifiés, à Ouranos et à Environnement Canada (EC), à la fois en prévision du temps (Centre météorologique canadien, Dorval) et en climatologie (CCCma, Victoria). Les produits de la recherche du Centre ESCER consistent { la fois en l avancement des connaissances, le développement de logiciels spécialisés tels le MRCC, et la formation de spécialistes en sciences de l atmosphère et en physique du climat. En absence d une assurance que les accords internationaux puissent être rapidement conclus pour convenir de mécanismes pour imposer des réductions importantes des émissions anthropiques des gaz à effet de serre et aérosols (GESA), l adaptation demeure la seule voie responsable pour diminuer les conséquences néfastes des changements appréhendés, et { l occasion profiter des nouvelles opportunités que les changements pourraient apporter. Le développement d une stratégie d adaptation requiert au préalable une estimation des vulnérabilités des secteurs à protéger et des impacts spécifiques des changements climatiques appréhendés. Or la seule technique permettant d obtenir des projections des changements climatiques futurs conséquents aux émissions anthropiques continues de GESA est la modélisation avec les simulateurs de climat. Le modèle régional canadien de climat (MRCC) constitue un outil sophistiqué permettant d effectuer des projections climatiques à des résolutions constamment accrues et d étudier les impacts des changements appréhendés dans l environnement physique. Ainsi les études en changements climatiques constituent une sorte de pyramide, avec à la base les simulateurs de climat tels le MRCC, qui fournissent des données indispensables aux modules d impacts (ex. eau douce, potentiel hydroélectrique, érosion côtière, pergélisol, agriculture, foresterie, ESCER 2010 Page 7 de 12

8 etc.), qui eux-mêmes produisent les données requises pour développer des mesures d adaptation appropriées { chaque secteur. «Pyramide» des études climatiques ESCER 2010 Page 8 de 12

9 Formation aux études avancées Le Centre ESCER est reconnu pour ses efforts déployés à la formation de personnel hautement qualifié, spécialisé en sciences de l atmosphère, incluant la prévision météorologique, la physique du climat, la simulation numérique et le climat régional. La formation académique s effectue bien sûr en langue française, mais en même temps elle est parfaitement intégrée dans le contexte international, en langue anglaise, avec une participation aux conférences aux quatre coins du monde et des publications dans les revues de premier calibre. En sciences de l atmosphère, la durée des études varie entre 2 et 2.5 ans pour la Maîtrise et entre trois et cinq ans pour le Doctorat. Il est important de réaliser que, contrairement { la situation d autres disciplines, la plupart des étudiants arrivent aux études avancées sans formation préalable dans cette discipline. Il est donc nécessaire de leur donner une formation adéquate pour bien les préparer à leurs travaux de recherche et éventuellement au marché du travail; les exigences minimales pour les programmes d études avancées en Sciences de l atmosphère consistent en seux sessions complètes au cours desquelles les étudiants suivent des cours spécialisés en sciences de l atmosphère et physique du climat. L important financement spécial de Québec s ajoutant { diverses autres sources de financement, le Centre ESCER sera en mesure d offrir une vingtaine de bourses aux études avancées et défrayer une partie des salaires de six attachés de recherche. Attachés de recherche : o HUARD Georges : technicien en informatique o WINGER Katja : Développement et optimisation du MRCC_5 pour CLUMEQ-II o ALEXANDRU Adelina : Simulations climatiques avec MRCC_5 o NIKIEMA Oumarou : Outils diagnostiques pour le MRCC_5. o MARTYNOV Andrey : Traitement des lacs et de l eau de surface dans le MRCC_5 o SKACHKO Sergey : Assimilation des données avec un système couplé atmosphère océan Quelques projets étudiants : o Changements des variables hydro-climatiques dans un climat futur o Points chauds du couplage surface terrestre atmosphère en Amérique du Nord o Interactions végétation climat o Simulation du MRCC_5 pour différentes régions o Comparaison des précipitations simulées par le MRCC et observées par un réseau de radar o Interaction décrochage variabilité interne o Assimilation pour la mission Polar Communications and Weather (PCW) o Validation des simulations climatiques contre observations o Observabilité des signaux précurseurs aux instabilités atmosphériques ESCER 2010 Page 9 de 12

10 o Tester un nouveau radiomètre FIR à partir de mesures d'un ballon suborbital en haute altitude et de mesures au sol (PEARL), pour la détection et l'analyse des nuages optiquement minces (TIC) en Arctique o Analyse des mesures satellitaires CloudSat-CALIPSO et du laboratoire PEARL-OPAL (Eureka) pour vérifier la rétroaction «déshydratation effet des serre» (RDES) dans le MRCC et optimiser la mission TICFIRE o Évaluation de l importance de la nucléation primaire pour la simulation des nuages et du bilan radiatif en surface en Arctique o Grossissement explosif des cristaux dans les nuages glacés optiquement minces : importance de la forme des cristaux o Bilans hydriques avec décomposition d échelle o Quantification des incertitudes dans un système de modélisation climatique couplé o Couplage atmosphère océan pour l Océan Arctique et la Baie d Hudson o Implantation de processus physique des régions froides, tels que le pergélisol et les lacs de thermokarsts o Évaluation de la robustesse des simulations régionales aux changements dans la taille et l emplacement du domaine, ainsi que de la technique de pilotage o Simulations à très haute résolution (1 km), sur de petits domaines et de courtes périodes o Simulations sur de très grands domaines, par la technique de modélisation mondiale à résolution variable ESCER 2010 Page 10 de 12

11 Une vision à moyen terme : Un laboratoire numérique pour la simulation et l'observation du Système Terre La recherche sur les sciences du climat et de l atmosphère s appuie fortement sur la modélisation numérique qui contient en quelque sorte l ensemble de notre connaissance concernant les processus physiques qui influencent l évolution du système Terre. Dans un certain sens, un modèle résume notre connaissance théorique de la physique et doit donc être vérifié par une comparaison aux observations. Pris un par un, les processus physiques peuvent être compris et validés en isolation; toutefois les interactions complexes entre les sous-systèmes sont encore trop souvent mal comprises. Les modèles climatiques sont confrontés à l interaction entre ces processus, ce qui conduit parfois { des résultats inattendus. Il suffit de mentionner la rétroaction réchauffement de température et couverture nuageuse pour réaliser la complexité de la question. La modélisation du système Terre inclut tous ces processus agissant { des échelles de temps et d espace très disparates, créant ainsi un système d une rare complexité. Différentes théories seront développées et des simplifications introduites pour permettre la réalisation de simulations sur ordinateurs. De plus, une puissance de calcul phénoménale sera nécessaire. Les observations quant { elles n offrent généralement qu une vue bien partielle du système climatique. Elles sont éparses dans le temps et l espace, et ne concernent souvent que quelques paramètres caractérisant l état de l atmosphère (température, vent, humidité, composition chimique, e. g. ozone, méthane, dioxyde de carbone et aérosols, etc.), de l océan (température, courants, glace, etc.), ou de la surface terrestre (température, neige, végétation, etc.). Le volume de données associées aux mesures de l atmosphère, provenant en particulier d instruments installés sur des plateformes satellitaires, augmente également. Toute avancée dans notre compréhension d un système aussi complexe requiert que chacune des composantes ait été soigneusement validée. Ceci excède la capacité et l expertise de tout groupe de recherche individuel. C est ici que l assimilation de données peut avantageusement intervenir en établissant un pont entre les observations et la modélisation, pour produire une analyse exhaustive et physiquement cohérente du système Terre. L idée a donc été lancée pour joindre nos efforts de recherche pour établir ce qui pourrait être appelé un Laboratoire numérique pour la modélisation et l observation du système Terre. Elle viserait à établir une infrastructure commune basée sur les outils informatiques développés par Environnement Canada, pour la modélisation et l assimilation de données. Ceci est dans l esprit de la collaboration déjà existante entre EC, Ouranos et ESCER, suite à laquelle le MRCC_5 utilise le modèle GEM développé par EC pour les prévisions météorologiques et bien adapté pour les nouvelles architectures informatiques hautement parallèles comme celles de CLUMEQ-II. Notons que le CCCma (EC { Victoria) évalue présentement la possibilité d utiliser la même base pour la prochaine version du modèle climatique mondial (GCM). Montréal compte également sur la présence du Département des sciences atmosphériques et océaniques de l Université McGill, dont la recherche s appuie également sur la modélisation avec le modèle GEM pour la prévision météorologique à fine échelle, la modélisation océanique et de la dynamique des glaces, et la modélisation de la chimie ESCER 2010 Page 11 de 12

12 atmosphérique. En regroupant les efforts d Environnement Canada, d Ouranos, de l UQAM- ESCER et de McGill, nous pourrions compter ici même à Montréal sur une expertise impressionnante. Cet effort de modélisation nécessitera une puissance de calcul importante; or, le consortium CLUMEQ-II ( qui regroupe McGill, l UQAM, l Université Laval et Ouranos, est en voie d acquisition d un super-calculateur. En fait, l installation d un calculateur comprenant plus de cœurs de calcul est déj{ en voie d être complétée sur le site de l Université Laval, et des tests préliminaires sont en cours pour permettre d effectuer des simulations climatiques sur cette plate-forme. Ce premier calculateur serait suivi par une deuxième machine qui sera installée à Montréal dans les locaux de l Ecole de Technologie Supérieure (ETS). Les caractéristiques de ce nouveau super-calculateur spécifient qu il comprendra plus de cœurs de calcul et près de 3 Peta Bytes d espace disque. Cet investissement n a pas { être fait : il est déjà octroyé par Compute Canada, la Fondation Canadienne pour l Innovation et le MDEIE. Ce qui manque par contre, c est le financement nécessaire pour supporter le personnel technique et de recherche qui aura l expertise requise pour faire bon usage de toute cette puissance de calcul. A moyen terme, on peut envisager que les objectifs de recherche d ESCER sur le climat régional s inscrivent dans la perspective plus large associée aux activités d un laboratoire numérique pour la simulation et l'observation du système Terre. Un tel laboratoire est devenu une nécessité pour la recherche en sciences de l atmosphère. Sur la scène internationale, les centres qui se positionnent comme chef de file sont ceux qui ont développé un centre qui fournit non seulement une ressource informatique, mais un support technique et scientifique aux chercheurs usagers, pour leur permettre la réalisation d expériences numériques complexes qui sont requises pour améliorer notre compréhension de l évolution des différentes composantes du système que nous habitons. Le Centre ESCER pourrait jouer un rôle clé dans l établissement, { Montréal, d un laboratoire numérique pour la simulation et l'observation du système Terre. ESCER 2010 Page 12 de 12