La modélisation est centrale tant pour la prévision du temps à courte (quelques jours) et moyenne échéance (quelques semaines à quelques mois) que pour l’anticipation de l’évolution du climat en réponse aux forçages naturels et anthropiques. Les modèles d’atmosphère permettent également de mieux comprendre les phénomènes physiques atmosphériques par leur intégration de la complexité du système climatique et des échelles spatiales et temporelles impliquées. Or, ces modèles sont encore entachés d’erreurs importantes, comme en témoignent les analyses des exercices d’intercomparaison des modèles climatiques (CMIP) ou les différents scores de prévisions des modèles opérationnels.
Quelle que soit leur échelle, ces modèles reposent sur un découpage entre une échelle explicitement résolue par un code dynamique basé sur des équations classiques de la mécanique des fluides d’une part, et sur des paramétrisations physiques d’autre part, systèmes d’équations rendant compte de façon plus ou moins approximative de l’impact moyen de processus sous-maille sur les champs résolus par le modèle. Les processus à paramétrer dépendent de la résolution spatiale du modèle : turbulence, microphysique nuageuse, rayonnement, couplages à la surface dans les modèles à haute résolution de type LES (Large Eddy Simulation, pour les applications courantes avec des mailles de quelques mètres à quelques centaines de mètres), auxquels viennent s’ajouter la convection sèche et peu profonde dans les modèles à échelle kilométrique, et la convection profonde dans les modèles de plus grande échelle. Les simulations avec convection paramétrée (peu profonde ou profonde) resteront encore incontournables pour un certain temps pour les simulations globales de prévision à moyenne échéance ou climatiques, vue la longueur des simulations requises et la nécessité de réaliser des ensembles de simulations pour l’ajustement de paramètres et l’exploration de la variabilité interne du système. L’accroissement de la résolution des modèles n’élimine pas le besoin en paramétrisations physiques réalistes mais fait au contraire émerger de nouvelles questions comme la compétition entre convection paramétrée et explicite aux échelles intermédiaires (zone grise). La complexification croissante des modèles et les couplages avec la chimie, avec des modèles de canopée ou de végétation dynamique sur continents ou avec les vagues sur océans renforcent sans cesse les exigences sur les paramétrisations atmosphériques. Là encore, la montée en résolution nécessite de revisiter fondamentalement certaines paramétrisations souvent transposées en aveugle des modèles grande échelle vers les modèles explicites : utilisation de modèles radiatifs plan parallèle ne pouvant pas prendre en compte la complexité d’une scène nuageuse de LES, utilisation des formules « bulk » pour les couplages à la surface sur océans, freinage ramené à la surface au travers de ces mêmes formules « bulk » pour des obstacles plus grands que la première couche du modèle sur continents, y compris dans les modèles globaux, etc.

Plus fondamentalement enfin, les paramétrisations physiques sont le reflet de notre compréhension des processus physiques de l’atmosphère et de la manière dont ceux-ci pilotent en partie les interactions d’échelles au sein du système climatique. Aussi l’amélioration de la performance des modèles atmosphériques va de pair avec une amélioration de la compréhension des processus physiques sous-maille sous-jacents.
Le développement et l’amélioration des paramétrisations physiques, tant pour la prévision du temps que pour les projections climatiques, sont le cœur du Groupement de Recherche DEPHY. En pratique, il visera à :
• favoriser le rapprochement des communautés de l’observation, de la modélisation haute résolution, de la prévision du temps et du climat autour de l’amélioration des paramétrisations,
• coordonner la mutualisation des codes, des outils, des méthodologies au sein de la communauté française de développement des modèles,
• aboutir à des améliorations tangibles et significatives de la prévision du temps et des projections climatiques.

Pour cela, le groupement de recherche DEPHY s’organise autour des trois thèmes suivants :
1. Turbulence et couplages à la surface ;
2. Transport ;
3. Interactions nuages/rayonnement ;
Un axe transverse, plus intégrateur, s’ajoutera à cette structure, afin d’une part d’analyser l’impact des développements réalisés dans les trois thèmes sur les erreurs systématiques des modèles, et d’autre part, de développer des méthodologies permettant de s’attaquer frontalement à ces erreurs systématiques.