Une stratégie de modélisation où un modèle local de plus petite échelle est inséré dans un modèle hôte plus grossier avec des dispositifs d'interface explicites pour échanger états, flux ou données aux frontières afin que les deux descriptions interagissent de manière cohérente sur la région incorporée.

Principe

Préserver la consistance et la conservation entre échelles en définissant des interfaces (conditions aux limites, opérateurs d'échange, opérateurs d'interpolation et de restriction) qui transforment les variables entre le modèle fin incorporé et l'hôte tout en contrôlant réflexions, recouvrements et double-comptage.

Démonstration

Insérer un modèle à haute résolution de convection atmosphérique à l'intérieur d'un modèle climatique global sur une région limitée : le solveur imbriqué reçoit les vents et tendances thermo­dynamique à grande échelle du modèle hôte et renvoie les chauffages convectifs résolus et les flux de quantité de mouvement via un opérateur de couplage conçu à chaque pas de couplage.

Mauvaise application

Intégrer un modèle de petite échelle sans faire correspondre les grandeurs conservées ou sans synchronisation temporelle compatible, entraînant des réflexions parasites à l'interface, une non-conservation d'énergie ou des mises à jour d'état incohérentes entre hôte et modèle incorporé.

Conséquence

La précision locale est améliorée là où cela est nécessaire sans résoudre l'ensemble du domaine à haute résolution ; une mise en œuvre correcte apporte une meilleure précision locale et un effort de calcul ciblé, au prix d'interfaces plus complexes et de contraintes possibles de stabilité.

Inversion

Remplacer le modèle incorporé par une paramétrisation homogénéisée ou une closure upscalée dans le modèle grossier de sorte qu'aucun solveur distinct de petite échelle ne soit présent et que tous les effets soient représentés par des relations constitutives modifiées.

Limite

S'applique lorsque des processus localisés nécessitent une résolution supérieure à celle du modèle hôte et lorsque des interfaces peuvent être définies ; exclut les résolutions multiscales monolithiques globales qui ne séparent pas un solveur incorporé, et n'est pas équivalent à un simple raffinement de maillage sans règles explicites d'échange d'interface.

Tension sémantique

Tension avec les méthodes à maille imbriquée ou multi-domaine qui diffèrent selon que le solveur incorporé est un modèle indépendant échangeant des données dans le temps (couplage incorporé) versus un simple raffinement de grille sous le même solveur numérique ; en concurrence conceptuelle avec la co-simulation où le calendrier de couplage et l'indépendance des solveurs sont primordiaux.

Synthèse

Le couplage intégré est un patron d'intégration multi-échelle ciblé : placer un modèle local haute fidélité dans un hôte plus grossier, concevoir des opérateurs d'échange conservatifs et stables, et ainsi obtenir une précision locale accrue tout en isolant la complexité de calcul dans la région incorporée.