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Modéliser la féérie de l’hiver

Gros plan du sommet d'une petite plante ensevellie dans la neige.

La neige est arrivée, marquant le début de l’hiver. Une équipe de recherche de la University of Waterloo a créé un nouveau modèle de cette matière blanche, qui permet de mieux comprendre les impacts des changements climatiques.

SPLITSnow est un modèle de propagation de la lumière qui s'inscrit dans un ensemble plus vaste de travaux de recherche qui visent à simuler les interactions entre la lumière et des matériaux complexes. Bien qu’il ne soit pas le premier en son genre, ce modèle est à ce jour l’un des plus complets; il tient compte d’une gamme de propriétés du manteau neigeux, comme sa densité et sa teneur en eau ainsi que la distribution des tailles et des formes des grains de neige et tente même de prendre en compte la composition cristalline des grains.

Le nouveau modèle permettra à l’équipe de compiler des données importantes pour les climatologues du monde entier. L’objectif principal est de simuler cette part essentielle de l’écosystème pour mieux comprendre les processus environnementaux de base; il s’inscrit dans l’objectif global de l’université, qui est d’être un chef de file mondial en recherche, en éducation et en innovation dans le domaine de la durabilité, au profit de l’environnement, de l’économie et de la société.

« L’un des phénomènes sur lesquels se penchent les scientifiques est le verdissement », explique Gladimir Baranoski, professeur d’informatique. « Dans de nombreuses régions du monde, la végétation pousse beaucoup plus tôt et plus longtemps dans le cycle saisonnier qu’auparavant, ce qui peut modifier tout l'équilibre énergétique. »

En comprenant comment la neige agit sur la lumière du soleil — et comment la trajectoire de la lumière est modifiée selon les caractéristiques particulières de la neige —, les scientifiques peuvent mieux prédire comment la présence ou l’absence de neige, causée par les changements climatiques, influencera la croissance des végétaux.

« Les différentes longueurs d’onde de la lumière sont en quelque sorte des signaux qui déclenchent différents processus liés à la croissance des plantes recouvertes de neige », explique Petri Varsa, candidat au doctorat en informatique et auteur principal de l’étude. « Certaines longueurs d’onde maintiennent les plantes en dormance, et d’autres favorisent leur croissance. Même de petits changements dans la quantité et la qualité de la lumière réfractée par la neige peuvent avoir un impact très important sur les écosystèmes. »

SPLITSnow a ceci de fascinant qu’il modélise correctement comment la neige bloque ou diffuse les différentes longueurs d’onde de la lumière : la lumière rouge est généralement absorbée par la neige, alors que la bleue filtre au travers. 

Comprendre la transmission de la lumière à travers la neige a une importance considérable pour les climatologues, mais présente aussi un intérêt artistique pour les infographistes.

« Pour les spécialistes en graphisme informatique qui travaillent en animation et dans l’industrie du jeu vidéo, ce nouveau modèle peut représenter un gain de temps », précise le doctorant.

« En infographie, on a tendance à recourir à des artistes pour colorer les scènes enneigées. S’il est possible de transférer une partie de ce fardeau à un ordinateur, les artistes pourront alors se concentrer sur d’autres aspects qui requièrent encore une intervention manuelle. »

L’étude, « Rendering the Bluish Appearance of Snow: When Light Transmission Matters », a été retenue pour publication dans la revue IEEE Computer Graphics and Applications.

Le présent article a été adapté, traduit et publié avec l’autorisation de la University of Waterloo (page en anglais).

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