Océanographie

Le Dr Katja Fennel développe et met en application des modèles numériques réalistes des changements physiques, chimiques et biologiques constatés au sein des écosystèmes marins côtiers.

Oceanography research

Anglais

Researcher KATJA FENNEL

Dr. Katja Fennel
Chaire de recherche du Canada sur les prévisions maritimes, niveau 2
Professeure associée, département d’océanographie, Université Dalhousie (poste auxiliaire à l’Université Rutgers et à l’Université du Maine)

Secteur de recherche
Mme Fennel élabore puis applique des modèles numériques réalistes des changements physiques, chimiques et biologiques que traversent les écosystèmes marins côtiers en raison de leur variabilité naturelle et des contraintes exercées par l’être humain. L’océanographie a besoin des mathématiques avancées — et de puissantes capacités informatiques — pour simuler et prévoir l’évolution des conditions océaniques comme la salinité, la température, les courants, l’acidité, la concentration d’oxygène et l’abondance des espèces marines, des microorganismes aux mammifères.

Utilité de la recherche
Fournir aux auteurs de politiques et aux décideurs l’information avec laquelle ils élaboreront des stratégies valables et bénéfiques pour les régions côtières.

Où travailliez­vous avant d’arriver à l’Université Dalhousie?
J’ai quitté l’Université Rutgers, aux États­Unis, pour venir au Canada en 2006, lorsqu’on m’a proposé la chaire canadienne en prévisions maritimes. La bourse de la Fondation canadienne pour l’innovation qui l’accompagnait m’avait permis d’acheter mon propre petit superordinateur, une grappe Linux qui a bien servi mon équipe, mais est un peu dépassée aujourd’hui. Au lieu d’éroder une subvention déjà mince en nous procurant un nouvel ordinateur, nous avons préféré recourir aux installations de calcul informatique de pointe de Calcul Canada en passant par le consortium régional du Québec (Calcul Québec).

Qu’explorez­vous avec vos travaux?
Je conçois et j’utilise des modèles biogéochimiques de l’océan. Ces modèles décrivent les propriétés de l’océan, par exemple les courants, la température, la salinité, l’oxygénation, la concentration de dioxyde de carbone (qui rend l’eau plus acide) et celle d’éléments nutritifs (à l’origine de la prolifération des algues). En puisant dans les données des modèles mondiaux de l’océan qu’utilise le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, par exemple, nous bâtissons des modèles régionaux qui décrivent la situation actuelle sur la côte est du Canada et comment celle­ci pourrait changer au cours des 50 à 100 prochaines années.

D’où viennent les données?
Tout dépend de la région sur laquelle nous travaillons. Par exemple, nous mettons en ce moment au point un modèle qui englobe la côte atlantique du Canada, le golfe du Saint­Laurent, les Grands Bancs, le golfe du Maine et les fosses océaniques adjacentes. Pour cela, nous utilisons les données du programme de surveillance de l’Atlantique du Bedford Institute of Oceanography (Dartmouth, Nouvelle­ Écosse), de l’Ocean Tracking Network, des observations par satellite et le programme Argo — lequel recueille des données sur la température et la salinité de l’eau grâce à 3 000 bouées sous­marines. Le Canada participe à ce projet international.

Quelle est l’importance de ces travaux pour le Canada?
Nous avons absolument besoin de modèles biogéochimiques pour évaluer, comprendre et prévoir les changements environnementaux qui perturbent l’écosystème des côtes et des eaux libres de l’océan. Ces recherches sont d’une grande pertinence pour le Canada, en raison de l’étendue de ses côtes, de sa dépendance aux ressources côtières et de son engagement à implanter une approche écosystémique de la gestion des ressources marines. Nos travaux fournissent aux responsables de l’élaboration des politiques les outils dont ils ont besoin pour comprendre ce qui affecte les chaînes
alimentaires maritimes, la capacité de l’océan à absorber le carbone ainsi que les espèces d’importance commerciale tels les poissons, les mollusques et les crustacés, et pour mettre en place des stratégies qui permettront de gérer ces ressources de grande valeur dans l’avenir.

Pourquoi avez­vous besoin des ressources de Calcul Canada?
Il est question ici de modèles numériques nécessitant un très grand nombre d’opérations pour simuler avec précision les phénomènes physiques, chimiques et biologiques de l’océan. Ces modèles sont d’un haut niveau de complexité et ne peuvent être résolus qu’avec des ordinateurs de pointe à l’architecture massivement parallèle.

En quoi l’Informatique scientifique de pointe a­t­elle changé ou fait évoluer votre méthode de travail?
Prenez le modèle que nous utilisons pour le nord du golfe du Mexique. L’exécution des simulations pluriannuelles dont nous avons besoin avec l’ordinateur local prendrait elle-même des années. La chose est irréalisable. Grâce aux ressources de Calcul Canada, nous obtenons les résultats en quelques jours, de sorte que ces travaux peuvent se poursuivre.

Accéder aux ressources de Calcul Canada prépare­t­il mieux vos étudiants au marché du travail, après l’obtention du diplôme?
En utilisant cette infrastructure à la fine pointe de la technologie, ils acquièrent des aptitudes quantitatives et techniques qui sont de plus en plus importantes sur le marché du travail actuel. Un de mes anciens élèves, par exemple, a appliqué sa formation en sciences océaniques et en modélisation des océans à l’animation par ordinateur. Plusieurs autres ont intégré le secteur privé, où ils travaillent pour des cabinets d’experts­conseils et d’ingénieurs s’occupant de dossiers qui touchent l’océan. Enfin, certains poursuivent une carrière plus académique.

De quelle façon vos besoins d’informatique évolueront­ils au cours des prochaines années?
Ceux qui modélisent les océans composent encore avec des capacités de calcul insuffisantes. En d’autres termes, si nous avions accès à un ordinateur dix fois plus puissant que ceux qui existent à l’heure actuelle, nous saurions d’ores et déjà quoi en faire. Nous pourrions, par exemple, rehausser la résolution spatiale des modèles, ce qui en accroîtrait le réalisme. Nos modèles engendrent des téraoctets de données et, pour les exploiter, nous devons faire tourner des centaines de processeurs simultanément pendant des jours, voire des semaines. Nous sommes de plus en plus contraints à lancer des ensembles de modèles qui appliquent des dizaines de simulations en même temps pour formuler des prévisions plus précises et parvenir à une meilleure estimation des incertitudes. Les capacités de calcul informatique de pointe aideront le Canada à conserver un rôle de premier plan sur la scène mondiale dans cet important domaine de recherche.

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