Plus de la moitié de la population américaine vit dans des comtés ou des paroisses des bassins versants côtiers. Les communautés côtières le long du golfe du Mexique sont parmi les plus peuplées, également une région où les fortes concentrations de ressources énergétiques en ont fait une plaque tournante nationale pour de nombreuses installations de stockage de carbone à grande échelle.

La proximité de l'océan à la fois des communautés locales et des infrastructures énergétiques les rend extrêmement vulnérables aux dévastations pouvant être causées par les inondations et les dommages causés par le vent lors de phénomènes météorologiques violents dans le Golfe, dont la fréquence et l'intensité augmentent à chaque saison des ouragans.

Clint Dawson, professeur au Département d'ingénierie aérospatiale et de mécanique de l'ingénierie (ASE/EM) et directeur du Groupe d'hydraulique computationnelle à l'Oden Institute for Computational Engineering and Sciences de l'UT Austin, s'efforce de rendre les prévisions des ondes de tempête pour les ouragans plus précises que jamais. Grâce à une nouvelle subvention du ministère de l'Énergie (DOE), Dawson dirigera un projet de recherche interdisciplinaire visant à développer un cadre informatique de « jumeau numérique » qui comble le fossé entre les simulations multiphysiques et la découverte de connaissances grâce aux technologies d'intelligence artificielle (IA) et d'apprentissage automatique (ML). appelé MuSiKAL.

Tout simplement, un jumeau numérique est une représentation virtuelle d'un objet ou d'un système qui couvre tout son cycle de vie grâce à des mises à jour régulières des données en temps réel fournies par des capteurs répartis sur l'objet ou le système. À l'aide de simulations, l'apprentissage automatique et d'autres technologies d'aide à la décision, les jumeaux numériques peuvent aider à prédire les performances et le comportement futurs.

L'équipe de Dawson modélise les prévisions d'ondes de tempête depuis deux décennies, de l'ouragan Katrina, Rita, Ike et Harvey à la plus grosse tempête de cette saison à ce jour, L'ouragan Ida. Et l'expert en ondes de tempête sera le premier à vous dire que chacun apporte son propre ensemble de caractéristiques uniques. Mais des leçons peuvent encore être tirées de chacun qui pourraient éclairer les réponses futures.

Actuellement, lorsqu'un modèle d'ouragan est en cours d'exécution, les mesures sont recueillies à des endroits très discrets, le long du littoral et dans l'océan, par exemple, mais ces points ne représentent pas tous les points de toutes les régions susceptibles d'être impactés.

« Nous avons besoin d'un modèle qui fournit des informations supplémentaires. Si nous disposons de ces données à utiliser, il peut mieux informer les modèles que nous utilisons actuellement, " Dawson a dit. " Et puis nous pouvons revenir en arrière et comparer les modèles aux données pour une image plus précise. "

Les jumeaux numériques ont déjà été développés pour diverses situations, de la conception d'avions modernes aux systèmes d'aide à la gestion de villes entières. Dans le cadre de la modélisation des conditions météorologiques extrêmes, la technologie pourrait permettre des prédictions encore plus rapides du comportement des tempêtes en temps réel en combinant les connaissances sur les tempêtes précédentes à l'aide de l'IA et du ML.

"Ces modèles sont très complexes et peuvent prendre des heures à simuler sur un superordinateur. Si nous pouvons utiliser l'apprentissage automatique basé sur des données collectées à partir d'ouragans précédents qui sont très similaires, alors nous pourrions peut-être donner des prédictions plus rapides en temps réel, " a déclaré Dawson.

Grâce au programme Advanced Scientific Computing Research (ASCR), le DOE soutiendra une équipe collaborative de scientifiques expérimentaux et informatiques de l'Université du Texas à Austin, Université d'État de Louisiane, l'Université de Notre Dame et le Pacific Northwest National Laboratory. Ils seront dirigés par Dawson aux côtés d'un autre professeur ASE/EM et membre principal du corps professoral de l'Oden Institute, Tan Bui-Thanh.

Parmi les autres experts de l'UT qui participent, citons Bridget Scanlon et Alexander Sun du Bureau de géologie économique de l'UT et Dev Niyogi et Zong-Liang Yang de la Jackson School of Geosciences.

Le DOE a récemment investi dans le développement de modèles du système terrestre pour la recherche sur le climat. Dawson a déclaré qu'il était impatient de travailler sur des recherches directement liées aux prévisions climatiques.

"Je pense que ce sera un projet révolutionnaire, et s'harmonise bien avec l'expertise que nous avons accumulée depuis 20 ans, " Dawson a déclaré. " Se connecter avec le ministère de l'Énergie pour développer des projections à plus longue échelle de ce qui va arriver au secteur de l'énergie et à la société dans son ensemble en raison du climat futur est très excitant. "

Le fonds du ministère de l'Énergie pour l'infrastructure intégrée de calcul et de données pour la recherche scientifique fournira 5,2 millions de dollars au total au projet, l'UT Austin recevant 3 millions de dollars.