Je parie qu’une leçon dont nous nous souvenons tous de l’école primaire est le cycle de l’eau. Même si vous ne vous souvenez pas précisément de ce que vous avez appris, vous avez probablement des souvenirs d’une sorte de vidéo ou de diagramme si coloré et créatif qu’il a rendu la journée un peu plus amusante. Pour certains d’entre nous (moi y compris), c’est honnêtement difficile à oublier. Même dans le monde adulte, il semble simple et simple de penser aux trois composants du cycle de l’eau qui, jeu de mots, se rincent et se répètent : l’évaporation, la condensation et les précipitations.
Notre planète ne pourrait pas survivre sans eau, une substance qui représente 71 % de la surface totale de notre planète et ses océans en détiennent environ 97 %. Cela étant dit, cependant, le processus peut devenir assez compliqué lorsque l’on tient compte du changement climatique continu, entraîné par l’activité humaine comme la combustion du charbon, ainsi que d’autres impacts quotidiens auxquels nous contribuons en tant que société. En tant que prévisionniste météorologique, je connais les défis auxquels nous sommes confrontés lorsqu’il s’agit de prévoir les catastrophes naturelles d’origine hydrique, notamment les inondations, les glissements de terrain et les sécheresses.
Mais pour que les scientifiques puissent faire les prévisions les plus précises possibles et mieux comprendre le fonctionnement de ce cycle, nous devons obtenir et examiner des modèles contenant autant de données à haute résolution que possible. Ces données devraient également idéalement couvrir chaque centimètre carré de la planète, depuis ses plus hauts sommets jusqu’aux eaux enfouies profondément dans le sol.
Et grâce au financement apporté par le Agence spatiale européenneles scientifiques construisent exactement cela : un jumeau numérique de la Terre et de toute sa belle eau, qui peut être inspecté.
« Simuler la Terre à haute résolution est très complexe, l’idée est donc de se concentrer d’abord sur une cible spécifique », Luca Brocca du Conseil national de la recherche italien. a déclaré dans un communiqué. « C’est l’idée derrière ce que nous avons développé : des études de cas de jumeaux numériques pour le cycle terrestre de l’eau dans le bassin méditerranéen. Notre objectif est de créer un système permettant à des non-experts, notamment des décideurs et des citoyens, d’effectuer des simulations interactives. »
Brocca, qui était l’auteur principal d’un article approfondi sur l’étude, a travaillé avec des collègues pour créer le jumeau numérique. Grâce à ce modèle, les scientifiques peuvent saisir de nouvelles données de manière cohérente pour simuler les scénarios de catastrophe naturelle les plus optimistes et les plus défavorables dans différents environnements de notre planète. Par exemple, en reproduisant un glissement de terrain, les risques et les conditions associés peuvent être surveillés comme s’ils se produisaient en temps réel. Cela pourrait également contribuer à la préparation à des événements potentiellement destructeurs dans le futur, sur la base de ce qui a été appris lors de chaque test.
Alors, comment sont créés ces modèles ?
Il a fallu beaucoup de travail aux scientifiques pour exploiter autant de données satellitaires que possible, glanées grâce à une multitude d’observations de la Terre. Ils ont ensuite combiné les mesures de l’humidité du sol, des précipitations, de l’épaisseur de la neige, de l’évaporation et du débit des rivières, prises à des intervalles de temps spécifiques, pour dresser un tableau précis de la dynamique de ces variables à travers la planète. Les données haute résolution du modèle peuvent ensuite être utilisées comme outil interactif pour les scientifiques.
« Ce projet est un parfait exemple de la synergie entre les missions satellitaires de pointe et la communauté scientifique », a déclaré Brocca. « Des collaborations comme celle-ci, associées à des investissements dans les infrastructures informatiques, seront cruciales pour gérer les effets du changement climatique et d’autres impacts humains. »
Comme pour tout type de modèle, il faut de la pratique pour atteindre la perfection. Mais tu dois commencer à quelque part.
Brocca et ses collègues ont utilisé le jumeau numérique pour modéliser la vallée du Pô dans le nord de l’Italie et d’autres parties du bassin méditerranéen ; ils envisagent de créer des modèles similaires dans toute l’Europe avant de collaborer avec des scientifiques d’autres continents. L’objectif principal de ce projet est d’aider à prévoir les endroits où les inondations et les glissements de terrain pourraient survenir et à apprendre à mieux gérer nos ressources en eau.
« Nous devrions partir de quelque chose que nous connaissons très bien », a déclaré Brocca. « La vallée du Pô est très complexe : nous avons les Alpes, nous avons la neige, ce qui est difficile à simuler, en particulier sur des terrains irréguliers et complexes comme les montagnes. Ensuite, il y a la vallée avec toutes les activités humaines – industrie, irrigation. Ensuite, nous « Il y a une rivière et des événements extrêmes – inondations, sécheresses. Et puis nous avons déménagé en Méditerranée, qui est un bon endroit pour enquêter sur les événements extrêmes, à la fois pour l’excès et pour le manque d’eau. »
Bien que la modélisation de l’équipe se concentre sur une région à plus grande échelle, il est également prévu d’examiner des études plus localisées. Mais pour l’instant, les scientifiques continuent de se concentrer sur les défis les plus importants et les plus persistants de leur mécanisme. Par exemple, les algorithmes complexes qu’ils ont développés devront être entretenus à mesure que des quantités importantes de données continuent d’être ajoutées ; il est également nécessaire de procéder à davantage d’observations au sol, disent-ils, pour continuer à vérifier les données satellitaires qu’ils ont utilisées.
Dans le même ordre d’idées, pour lutter contre les incertitudes pouvant survenir lors de l’utilisation des données satellitaires, Brocca espère intégrer l’intelligence artificielle dans son programme pour aplanir certains problèmes. D’une certaine manière, l’IA agirait comme une paire d’yeux supplémentaire, si elle pouvait effectivement être bien entraînée. Comme nous l’avons vu avec l’utilisation de l’IA dans les modèles météorologiques, tels que ceux relatifs à prévisions d’incendies de forêt, les avantages d’une telle collaboration incluent la minimisation des erreurs qui peuvent parfois survenir en raison des changements dans les conditions atmosphériques lors de la capture des images. La mise en œuvre de l’IA peut également permettre de gagner du temps, en permettant aux ingénieurs humains de se concentrer sur d’autres domaines de préoccupation.
« Les efforts collaboratifs des scientifiques, des agences spatiales et des décideurs promettent un avenir dans lequel les Terres jumelles numériques pour l’hydrologie fourniront des informations inestimables pour la gestion durable de l’eau et la résilience aux catastrophes », a déclaré Brocca.
L’étude a été publiée le 5 mars dans la revue Frontières de la science.
