Modèles hydrodynamiques

Le cœur de tout modèle numérique est sa partie "physico-hydrodynamique", qui permet le calcul des quatre paramètres de base : les courants, le niveau de la mer, la température et la salinité. On peut résumer comme suit quelques aspects importants de cette dimension:

• Courants: On en distingue deux types. Les courants de marée se produisent périodiquement et sont surtout importants pour les prévisions à court terme. Les courants "résiduels" sont généralement plus lents et présentent un schéma constant lié aux saisons pendant des semaines, voire des mois. Un schéma de circulation résiduel typique, calculé au moyen d'un modèle informatique, est illustré par une situation d'hiver et une situation d'été dans la mer du Nord.
  
  
• Fronts: Par analogie avec les situations météorologiques, ces lignes de séparation entre différentes masses d'eau peuvent être observées au moyen de photos prises par satellite. Les fronts thermiques se produisent durant les mois d'été et indiquent la séparation entre, d'une part, les eaux mixtes peu profondes, où la température présente une valeur constante sous l'influence des turbulences et, d'autre part, les eaux profondes constituées d'une couche supérieure chaude et d'une couche inférieure froide. Les deux couches sont séparées par une fine couche caractérisée par de fortes variations de température, la couche « thermocline ». Les fronts d'eau douce forment la séparation entre les eaux douces fluviales et l'eau de mer et sont de ce fait principalement observés le long du littoral. Une simulation précise de l'intensité et de la localisation des fronts est importante pour le calcul des courants résiduels ainsi que pour la production de microplancton, la base de la chaîne alimentaire.
  
  
• Les turbulences sont essentiellement le produit de l'influence conjuguée du vent et des marées et génèrent un schéma complexe de microfluctuations, variant de quelques millimètres à quelques mètres. Ces fluctuations influencent à leur tour les courants et la dispersion de la température, de la salinité et d'autres substances à une macro échelle. Comme une description exacte des turbulences pour une zone telle que la mer du Nord est pratiquement impossible avec la génération actuelle d'ordinateurs, on fait appel à des « modèles de turbulences » sous la forme de comparaisons mathématiques complexes.
  
  
• Interactions avec l'atmosphère: Pour le calcul de la température de l'eau, il convient de tenir compte du rayonnement solaire qui réchauffe les 10 à 20 mètres supérieurs de la colonne d'eau, et d'autres effets des échanges thermiques à la surface de la mer. Le vent dans la couche inférieure de l'atmosphère est à l'origine des vagues et des turbulences. Pour intégrer ces effets dans le modèle, il faut pouvoir disposer de données météorologiques (vitesse et direction du vent, pression atmosphérique, humidité et température de l'air, nébulosité) qui sont généralement fournies par un modèle météorologique.

Le développement de superordinateurs plus rapides permet de concevoir et de tester des modèles tridimensionnels "intégrés" plus complexes (longueur, largeur et profondeur) avec des composantes supplémentaires pour la biologie, les sédiments et les contaminants. Un exemple en est le récent programme informatique COHERENS développé par l'UGMM. Le modèle compte à l'heure actuelle environ 600 utilisateurs à l'échelle mondiale et a été employé pour diverses applications.