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La nature est souvent plus complexe qu’il n’y paraît. Pour l’étudier, les scientifiques développent souvent des modèles représentant la réalité de façon simplifiée. Pour le WSL, le travail à l’aide de modèles est devenu une part importante de la recherche.
Les modélisations ont pris une importance capitale au cours de ces dernières années grâce aux ordinateurs de plus en plus puissants. Les modèles ne sont toutefois pas une nouveauté des temps modernes: le premier modèle scientifique date du philosophe grec Aristote, qui avait développé un modèle de système solaire conçu pour expliquer les observations astronomiques et prévoir les positions des planètes.
Bien que les modèles se traduisent souvent par une grande simplification de la réalité, force est de constater que la science ne peut y renoncer: de la météorologie (prévisions météorologiques) à la santé (par exemple, propagation d’épidémies) en passant par la chimie (p. ex. pollution atmosphérique) jusqu’aux sciences naturelles de l’environnement. Le WSL développe et utilise des modèles permettant de simuler, par exemple, l’habitat de la faune et de la flore ou bien de prévoir des chutes de pierres.
Les modèles permettent d’obtenir une foule de résultats en peu de temps et d’explorer divers scénarios en modifiant la situation initiale. Grâce à eux, les chercheurs sont en mesure d’effectuer des essais respectueux du paysage, par exemple pour des simulations de chutes de pierres (LIEN vers RAMMS:Rockfall). Les modèles peuvent également révéler d'éventuelles relations dans la nature n’étant pas visibles à la simple observation.
Quels types de modèles existe-t-il?
Pour développer un modèle, par exemple pour une avalanche, il faut d'abord choisir le degré de simplification et de représentation approprié pour chaque partie et chaque propriété de cette avalanche. Entrent ensuite en jeu les lois qui relient ces composantes entre elles et décrivent la naissance de l'avalanche. Pour la plupart, ces lois revêtent la forme d'équations mathématiques.
Selon l'approche de modélisation choisie, il existe différentes catégories de modèles, p. ex.:
- Les modèles physiques: un modèle physique s’appuie sur une équation mathématique, qui repose sur un processus physique, comme par exemple la diffusion, la fonte ou la conduction thermique. Au SLF, nous modélisons le manteau neigeux pour mieux comprendre les avalanches. Le modèle de manteau neigeux SNOWPACK prend en compte les processus physiques tels que l'échange de température entre la neige et l'atmosphère ou les transformations de la neige en glace ou de la neige en eau.
- Les modèles statistiques: un modèle statistique permet de déterminer à partir de nombreuses données recueillies des fonctions mathématiques simples qui établissent des faits connexes sur la base des observations faites. À partir d'une multitude de données recueillies par les stations météorologiques et de mesure de la neige automatiques, nous modélisons p. ex. la fonte de la neige ou les écoulements d’eau dans le sol pour ainsi déterminer la formation du débit d'eau – une valeur décisive pour les prévisions de crues.
Les modèles au SLF
Au sein du SLF les modèles ont aussi pris une place de plus importante et représentent aujourd'hui une part significative de l'effort de recherche.
Le SLF utilise des modèles pour l'étude du développement du manteau neigeux et ses échanges avec son environnement
- pour quantifier les changements dans le permafrost
- pour prévoir les dangers naturels
- pour prévoir la distance d'écoulement des avalanches
- pour évaluer les ressources en eau contenues dans le manteau neigeux