Les champions de la simulation

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1 supplément au numéro 3372 du 10 avril 2014. ne peut être vendu séparément www.industrie-techno.com www.usinenouvelle.com les champions de la simulation
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    supplment au numro 3372 du 10 avril 2014. ne peut tre vendu sparment

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    simulation

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    Copyright 20132014 COMSOL. COMSOL, COMSOL Multiphysics, Capture the Concept, COMSOL Desktop, and LiveLink are either registered trademarks or trademarks of COMSOL AB.All other trademarks are the property of their respective owners, and COMSOL AB andits subsidiaries and products are not affiliated with, endorsed by, sponsored by, or supported by those trademark owners. For a list of such trademark owners, see www.comsol.com/trademarks

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  • ditorial

    H ypermdiatis, le big data est de toutes lesconfrences, de tous les programmes derecherche ou industriels. En France, cest

    mme la seule technologie qui fasse la fois lobjetdun des 34 plans de la Nouvelle France industrielledArnaudMontebourg, et dune des sept ambitions de lacommission Innovation 2030 dAnne Lauvergeon pourfaire merger des champions nationaux. Srement raison. Selon les chercheurs du CNRS, le big data a biendes applications industrielles. Il passe par la dfinitiondemodles prdictifsmathmatiques issus de donnesrelles, plus fiables que la simulation. Plus fiables, vrai-ment? voir. Car pour linstant, le big data est surtoututilis par les spcialistes dumarketing, qui cherchent donner du sens lavalanche de donnes que lon necollectait pas auparavant. Des donnes numriquesproduites profusion par les internautes et, demain,par des milliards dobjets connects. Do lide denprvoir le comportement.De la simulation donc? Pastout fait. Le big data netient pas compte de la phy-sique, mais des donnes decapteurs, pour extraire descomportements. Ils rempla-cent des modles prconuspar ce que lon observe directement. On rinvente laphysique, senthousiasment les chercheurs. Enfin,presque. Si le big data permet de prdire ce qui vase passer, il nexplique pas pourquoi, reconnaissentnanmoins les spcialistes. Plein de promesses pouridentifier les conditions optimales de fonctionnementdun systme complexe (avion en vol, process indus-triels, circulation de vhicules), le big data ne devraitdonc pas remplacer la simulation. En tout cas, pas cheznos dix champions qui ont fait de cette technologielune des comptences cls de leur succs industriel.Ni dans les laboratoires de recherche les plus perfor-mants dumonde qui sattaquent des programmes derecherche XXL toujours plus ambitieux et gourmandsen ressources de calcul. Enfin, pas tout de suite...

    Si le big data permet de prdire

    ce qui va se passer, il nexplique

    pas pourquoi.

    En attEndantbig data

    aurliebarbaux

    lusinenouvelle i supplmentaun3372 i 10 avril 2014 3

    Prsident-directeur gnral : Christophe CzajkaDirecteur gnral dlgu : Julien ElmalehDirecteur de la rdaction : Thibaut De JaegherDirectrice adjointe de la rdaction : Anne DebrayCoordinatrice ditoriale : Aurlie BarbauxChef ddition : Guillaume DessaixDirection artistique : Eudes BulardOnt particip ce numro : Dorothe Coelho (secrtariatde rdaction) ; Patrick Garcia (maquette) ; Jean-Franois Prevraud(rdacteur) et la rdaction de LUsine NouvelleSupplment de LUsine Nouvelle n 3372du 10 avril 2014 (commission paritaire n 0712T81903)Ne peut tre vendu sparment.Une publication du groupe Gisi, Antony Parc II -10 place du Gnral-de-Gaulle - BP20156 - 92186 Antony Cedex.Directeur de publication : Christophe CzajkaImpression : Roto France Impression 77185 LognesPhoto de couverture : Dassault Aviation

    entretien Philippe Vannier, PDG de Bull.....................................P. 4

    dossier Les champions de la simulation....................................P.6

    Portfolio Ces tonnantes images de la natureen quation..................................................................................P. 22

    Production Passer les process au vert..................................................P. 26

    rechercheDes projets XXL.......................................................................P. 28

    success-storyOptis, lhyper raliste............................................................P. 34

    bureaudtudesComment tirer profit du calcul intensif.....................P. 36

    outilsUne physique, un logiciel...................................................P. 38

    mtiersUne longue chane de comptences...........................P. 41

    sommaire

  • enqutesspcial simulation

    4

    Seul constructeur europen de supercalculateurs,Bull constitue un maillon essentiel de la filirede la simulation en France. Philippe Vannier,son PDG, promet la monte de la puissance decalcul pour rpondre aux besoins de lindustrie.ProPosrecueillis ParThibauTde Jaegher eTridha loukil

    entretien

    lacourselapuissancedecalculestdevantnous

    la France compte des champions dans la simulation.Y a-t-il un talent national particulier dans ce domaine?Peu de pays dans le monde concentrent les talents nces-saires la matrise de lintgralit de la filire de la simula-tion. Ceci passe dabord par la construction de machines decalcul. Ensuite par les logiciels demodlisation, puis par lesutilisateurs. Seuls quatre pays disposent de lensemble de cescomptences: les tats-Unis, le Japon, la Chine et la France.Avec sa capacit dvelopper des composants et les intgrerdans des systmes de calcul, Bull joue un rle essentiel danscet cosystme. Pour tre pertinent dans ce domaine, il estimportant davoir une proximit forte entre constructeursdemachines, diteurs de logiciels et utilisateurs. Cest cetteproximit-l qui fait que vous pouvez progresser. Crer unsupercalculateur seul na pas de sens. Vous le concevez parrapport un usage ou un logiciel de simulation.

    doit-on cette position la qualit de lcole franaise desmaths?Je pense que la France est un pays qui a toujours innov dansla technologie. Et linnovation sans modlisation devientquasiment impossible. Nos capacits dinnovation ontcr un besoin en modlisation, et maintenant les moyensde calcul-simulation crent de linnovation. La boucle sereferme en quelque sorte. Et comme dans notre pays il y aune forte proximit entre concepteurs doutils de simulationet utilisateurs, on a un cercle vertueux dinnovation.

    les usages suivent-ils lamonte de la puissance de calcul?La puissance brutale de calcul na pas dutilit, si ce nest dedire que vous avez la machine la plus puissante au monde.La machine doit tre calibre pour rpondre aux besoinsde lutilisateur linstant T. Actuellement, les besoinsdes utilisateurs augmentent trs vite. Nous poursuivonsla demande en fournissant des machines de plus en pluspuissantes. Dans cette course, nous allons deux fois plusvite que la loi de Moore. Quand on regarde lvolution de lapuissance des supercalculateurs depuis 1993, on constateunemultiplication par un facteur 8 tous les trois ans, contreun facteur 4 pour la loi de Moore dans les processeurs. Lesbesoins de puissance de calcul sont donc l. Il ne faut pasaller plus vite, car vous ne trouverez pas dutilisateurs, maisil faut quand mme tenir le rythme.

    Justement, quels sont les besoins exprims par les utilisateurs?Les besoins diffrent selon quatre grands domaines duti-lisation: lindustrie, les sciences de la Terre, la mdecine,et le traitement dimage. Le ptrole est lun des plus grosconsommateurs de simulation. 10 petaflops, on dcouvredes rservoirs quon souponne tout juste 1 petaflops,maisquon ne sent pas du tout 50 traflops. Or 10 petaflops,cest la machine la plus puissante en 2013, 1 petaflopscelle du CEA en 2010 et 50 traflops la machine du CEAen 2005. Un ou deux forages ptroliers suffisent financerune machine.

    cette volution rapide pousse-t-elle les industriels reporterleur quipement, comme pour les Pc dans le grand public?Il y a une diffrence fondamentale entre les usages personnels pa

    scalguitte

    t

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    crer un supercalculateur seul na pas de sens.

    vous le concevez par rapport un usage ou

    un logiciel de simulation.

    et professionnels. Avoir un PC deux fois plus puissant nevous servirait rien. Vous nallez pas taper, lire vos e-mails oucouter lamusique deux fois plus vite. Dailleurs, est-ce quevous connaissez la puissance du processeur dans votre iPad?Ce nest pas le sujet. Car la vraie limitation cest vous. Dansles supercalculateurs, si vous donnez un industriel unemachine deux fois plus puissante, il lutilisera. La limitationaujourdhui rside plutt dans la capacit de faire dans uneenveloppe donne de prix. Que ce soit dans laronautique,le ptrole ou les prvisions mto, si lon peut acheter unemachine deux fois plus puissante pour le mme cot, on lefera et on utilisera toute sa capacit.

    les logiciels de simulation suivent-ils cette course la puissance?Vousmettez le doigt sur un sujet important. Il faut que toutela chane avance lamme vitesse. Si vous avez uniquementla machine qui va deux fois plus vite, cela ne servirait rien.Il faut que la chane logicielle suive. Selon une tude de 2011,plus de la moiti des utilisateurs interrogs disent ne pasutiliser plus de 120 curs de processeurs en parallle. Lalimitation vient de leurs algorithmes de modlisation. Cestl que lon voit un gap entre les capacits des machines etcelles des logiciels.

    lusinenouvelle i supplmentaun3372 i 10 avril 2014

    Optimus apporte les outils ncessaires lautomatisation desprocessus de simulation, en intgrant tout logiciel deCAO& IAO.Parunedmarcherationnelle,partirdeplansdexpriencesetdemodles de substitutions, Optimus fournit des indicateurs pourlingnierie des connaissances produit et acclre le processusdcisionnel. Enfin, lemploi de mthodes doptimisation robustesassure lidentification des meilleures conceptions dans les plusbrefs dlais.

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  • enqutesspcial simulation

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    Quest-ce qui freine le plus cette volution?Ct machines, cest principalement la consommationdnergie. Si on avait quelquun dassez riche pour nousacheter unemachine 1000 fois plus puissante que celles quenous livrons aujourdhui, on saurait la faire. Sauf que lon nesaurait pas lalimenter. Un petaflops en 2010 consomme peu prs 5 MW. Si vous voulez faire une machine de 1 exa-flops, ce qui est lobjectif en 2020 au niveau mondial, vousne pouvez pas faire 1000 fois 5 MW, car cela fait 5 GW, lapuissance de trois centrales nuclaires. Impossible. Lenjeuest de faire un facteur 1000 dans la puissance tout enfaisant un facteur 5 dans la consommation dnergie. Cestun objectif trs compliqu atteindre. Deuxime sujet: lenombre de curs de processeurs grer en parallle. Sur unemachine en 2010, on est dans la classe des 100000 cursen parallle. Sur celle en 2020, on sera dans la classe des

    100 millions de curs en parallle. Et l, on a un vritableenjeu de logiciel de modlisation.

    de quelle puissance de calcul les industriels squipent-ilsaujourdhui?La taille moyenne des machines que nous vendons au-jourdhui aux industriels fait typiquement une cinquantainede traflops et cote quelques millions deuros. Cest lamachine du CEA en 2005, qui tait lpoque la plus puis-sante en Europe. Les plus gros industriels du CAC 40 telsquAirbus ou Total ont des machines de classe petaflopiqueet visent la classe de lexaflops. Mais une frange importantede socits achte desmachines de la gnration juste avant.Entre-temps, le prix de ces machines a t divis par unfacteur 10 15. Car quand on fait deux fois plus vite que laloi de Moore, le prix reste le mme.

    vous avez un projet de calcul dans le cloud. est-ce unmoyende dmocratiser le calcul intensif?Nous avons une solution de calcul dans le cloud qui sappelleExtreme factory. Elle est utilise par des PME pour tous leursbesoins de simulation et par des grands groupes pour ledlestage des pointes de charge lors, par exemple, du dve-loppement de nouveaux produits. Cette plate-forme se veut

    dans la course la puissance de calcul,

    nous allons deux fois plus vite que la

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  • enqutesspcial simulation

    7lusinenouvelle i supplmentaun 3372 i 10 avril 2014

    Je suis persuad que lemade in France,

    ou dumoins le conu en France, est important.

    un modle dexprimentation avant de passer un modleindustriel avec la cration dune socit ad hoc, NumInnov,grce la participation de ltat dans le cadre des investis-sements davenir. Cest un projet important auquel nouscroyons beaucoup. Il faut juste le lancer au moment o laphase de maturit est atteinte. Pas avant, car les machinesde calcul deviennent trs vite obsoltes. Le march est mrdans le traitement de donnes massives, mais pas encoredans la simulation.

    vous ne voyez rien qui puisse freiner ce dveloppement?Non. Nous sommes devant un potentiel de dveloppementinfini. Sur les prochaines dcennies, les besoins vont crotrede faon linaire. Je ne vois pas darrt. De la mise dispo-sition desmachines et des logiciels viendront des nouveauxusages. Jen suis certain.

    le plan de filire sur le calcul intensif vise dvelopperlemade in France. est-ce possible?Je suis persuad que le made in France, ou du moins leconu en France, est important. Prenez lexemple de notreserveur haut de gamme Bullion. Cest le serveur le pluspuissant au monde. Jusqu aujourdhui, il ny a pas deproduit concurrent capable de fournir plus de la moiti desa puissance. Quelle est la cl de cette performance? Cestun composant particulier que nous avons dvelopp et quifait toute la diffrence. Grce ce composant, qui sert dechef dorchestre, on arrive combiner jusqu 16 socketset 128 curs de processeurs. Ces serveurs lancs en 2012sont essentiels aux applications de big data, de grossesbases de donnes et de business intelligence. Vous mettezune couche logicielle dessus et vous obtenez une machinecapable de traiter un volume norme de donnes. En 2013,ses ventes ont explos de 70%.

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    dassault aviation

  • enqutesspcial simulation

    9lusinenouvelle i supplmentaun 3372 i 10 avRil 2014

    Loin dtre la trane dans la course linnovation,la France a quelques atouts dans sa manche.Dmonstration avec dix de ses grands industriels.paraurlie BarBaux

    E t si la simulation numrique tait la botte secrtedes grands industriels franais ? Ceux qui in-novent, ceux qui russissent linternational, ceux

    qui sont leaders sur leur march. Spcialit franaise, grcenotamment la performance de la recherche publique et delcole de mathmatiques en France, la modlisation desphnomnes physiques est au cur des process de R&Dde ces champions. Et ce, dans tous les domaines. Mme lesplus inattendus. Car la simulation numrique dpasse deplus en plus souvent ses domaines de prdilection, commela mtrologie, la mcanique, les matriaux ou les coule-ments de fluides, cruciaux en aronautique par exemple.Elle est partout, de la chimie la biologie en passant parles rseaux de tlcommunications ou de ressources, lacirculation dnergie ou de personnes, jusqu linteractionen temps rel, via la ralit augmente, avec des modlesdopration militaires ou navals. Ce nest pas le fruit duhasard si LOral, le numro un mondial de la cosmtique,

    Cest dansle centre deralit virtuellede Dassault, saint-Cloud,qua t conuet entirementsimul leFalcon 5x.

    Dossier

    leschampionsdelasimulation

  • enqutesspcial simulation

    construire la ville intelligente de demain, Singapourou Mexico. Grce leur matrise de la ralit virtuelleet augmente, DCNS construit les navires du futur et laDirection gnrale de larmement conoit des systmesdarme et dopration toujours plus srs. Sans parler deTotal ou deMto France, qui continuent dinvestir dans depuissants centres de calcul pour faire tourner des modlestoujours plus audacieux, mais galement toujours plusgourmands en ressources. Des exemples suivre de prset (re)dcouvrir.

    est devenu un expert international de la simulation de lapeau et du cheveu, et si Dassault Aviation est srement lepremier constructeur aronautique capable de faire volerdans des conditions relles un avion virtuel ! Ou si Alca-tel-Lucent reste parmi les leaders mondiaux des rseaux decommunication trs haut dbit, et RTE celui des rseauxdnergie intelligents. Ce nest pas un hasard non plus si Airliquide est en mesure daider ses clients optimiser leursressources, et si Veolia Environnement russit exporterson savoir-faire dans la gestion des rseaux deau pour

    V ous tes dans le cockpit, les commandes delavion porte de main. En tournant la tte degauche droite, la piste de dcollage se dessine

    derrire le pare-brise. Une opration de maintenance dedernire minute avant le vol? Il suffit de tendre les bras, desemparer de la pice dfectueuse et de ne pas se cognercontre le mur. Dans le centre de ralit virtuelle immersifde Dassault Aviation, au sige du groupe Saint-Cloud(Hauts-de-Seine), il nest pas rare que les utilisateurs de cesimulateur perdent leurs repres. Munis de lunettes 3D etde capteurs demouvement harnachs un peu partout sur lecorps, positionns face trois crans gants, ingnieurs et

    Le constructeur aronautique a t pionnier dansle passage la simulation numrique. Ses quipesne cessent den dvelopper les applications.

    aronautiquedassaultaviation,pilotevirtuel

    Fini lesmaquettes ! la conception des avions est 100%numrique. les essais en vol aussi, comme ici avec le dcollage virtuel dun Falcon 5x.

    10

    dass

    ault

    aviation

  • enqutesspcial simulation

    techniciens vrifient dans une salle confortable larchitec-ture globale dun avion grandeur nature et lemplacementde chaque pice de lappareil. La scne rappelle le balletgestuel effectu par Tom Cruise dans Minority Report.Et, linstar du hros, Dassault Aviation a une vision trsprcise de ce qui nexiste pas encore

    unmodle prdictif fiableAu cur de ce dispositif : la maquette numrique. Elle per-met de saffranchir des prototypes physiques et de raliser desgains de temps substantiels, de la phase de conception cellede la production. Utilise depuis 1990 pour le Rafale, puispour le Falcon 2000, le 7X, le Neuron et, aujourdhui, pour lenouvel avion daffaires Falcon 5X, elle a transform le groupeen utilisateur chevronn de la simulation numrique. Cettemaquette est la dfinitionmathmatique virtuelle exacte delappareil, explique enthousiaste Jrme Camps, responsabletechnique au sein du bureau dtudes de Dassault Aviation.Elle est la base de donnes unique qui contient toutes lesinformations ncessaires pour la production dun avion.Chez Dassault Aviation, le papier nest plus lordre du jourdepuis belle lurette. Cest le bizutage des petits nouveaux :leur demander de rcuprer les plans de tel ou tel avion.Ce savoir-faire, les 12000 salaris de Dassault Aviation le

    doivent la collaboration troite entretenue avec une autrefiliale du groupe Dassault Systmes.Cr en 1981, cet diteur de logiciels a dvelopp Catia,un programme de conception assiste par ordinateur aufondement de la maquette numrique, qui a conquis despans entiers de lindustrie mondiale, du ferroviaire lauto-mobile en passant par les biens de consommation. Depuis sapremire utilisation, Dassault Aviation ne cesse damliorercette maquette et den tendre les fonctionnalits. Essaisvirtuels darodynamisme via des quationsmathmatiquesde lcoulement de lair, tests numriques du comportementstructurel de lavion issus des calculs sur la propagation desforces et des contraintes Les vols dessais permettent deconfirmer les calculs, rsume Jrme Camps. Lamaquette estdevenue unmodle prdictif fiable. Un niveau de ralismeinou alors quun avion de combat ou un jet daffaires com-prennent environ 100000 pices, 25 kilomtres de cbleset pas moins de 300000 fixations!Un logiciel danalyse de cycle de vie complte la maquettedepuis le dbut des annes 2000, ouvrant la voie lusinenumrique et lanticipation, avant assemblage, des pro-cess de production. Cela divise par deux le temps dassem-blage du Falcon 7X, assure Jrme Camps. Autre avantage:le premier avion sorti de chane atteint demble le niveau

    lusinenouvelle i supplmentaun 3372 i 10 avRil 2014 11

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  • enqutesspcial simulation

    le projet suivre la simulation globale de lavion quil sagirade faire voler virtuellement en prenant en compte les interactionsde ces quipements, et ce dans des conditions relles de vol.

    de qualit qui correspondait auparavant au 50e appareilde srie construit ! La mise en place dun plateau virtuel aboulevers lorganisation du bureau dtudes: il permet auxpartenaires industriels, pour chaque programme davion, departager les donnes de la maquette depuis leurs bureaux.Cest lindustrie du XXIe sicle, assure Jrme Campsqui y voit un avantage concurrentiel crucial pour DassaultAviation face aux autres avionneurs. Prochaine tape ?Nous nous orientons vers la simulation virtuelle globalede lavion, rpond-il sibyllin. Et les premiers rsultats sont

    prometteurs. Il sagirait de faire voler virtuellement lavion,en prenant en compte les interactions de ces quipementsdans des conditions relles de vol. Mais l, impossible densavoir davantage. Si le groupe accorde autant dimportance la simulation, cest que la concurrence mondiale est, elle,bien relle olivier james

    Le groupe franais utilise la simulation depuis prsde deux dcennies pour leau et lassainissement.Aujourdhui, il sattaque la ville intelligente.

    Dveloppement durableveoliaenvironnementprparelasmartcity

    S ingapour, Mexico et Lyon, premires villes intelli-gentes? Peut-tre. En tout cas, depuis 2013, ellessont les premires disposer de ForCity (4CT), le

    dmonstrateur de modlisation urbaine de Veolia Environ-nement. Il sagit dune plate-forme ouverte et volutive quiinterconnecte les modles des diffrentes composantes delcosystme urbain, cest--dire la mobilit, les services lnergie, lutilisation des sols, leau, les dchets, les bti-ments, les impacts environnementaux et les pnuries deressources. De quoi permettre aux dcideurs de comparerplusieurs options de planification urbaine en 3D. Nice, la gestion nergtique gagne galement en intel-

    pour optimiser ses rseaux deau, veolia utilise le logiciel open source epanet.

    veo

    lia

    12

  • enqutesspcial simulation

    ligence grce au projet Rflexe (pour rponse de flexibilitlectrique), lanc en 2011 pour une dure de trois ans etdemi. Pilot par Dalkia, filiale de Veolia Environnement, avecun budget de 9 millions deuros, il modlise sur une ving-taine de sites tertiaires et industriels la production et laconsommation lectrique. Ce projet doit valuer les solutionsde pilotage des systmes afin dexprimenter la gestion entemps rel de sites producteurs et consommateurs dlec-tricit. Lide est aussi de rcuprer lnergie pour en fairebnficier des installations publiques comme une piscinemunicipale, prcise-t-on chez Veolia Environnement.

    le vrai temps rel pour demainSi le groupe est la pointe sur ces programmes prospectifs,cest parce que la simulation est depuis longtemps au curde ses processus dinnovation. Leau et lassainissementont rejoint depuis une vingtaine dannes lre de lamodli-sation. Aujourdhui, on ne signe quasiment plus un contratsans intgrer de la simulation, explique Vincent Parez, leresponsable du ple rseaux et systmes chez Veolia Eau.Un savoir-faire reconnu linternational. Veolia exploite,entre autres, les rseaux chinois de Shenzhen pour lassainis-sement et de Dong pour leau potable, soit plus de 1 millierde kilomtres. Prague, nous avons particip la gestionde crise et au systme dalerte en cas dinondation. Nousprvenons les autorits en cas de besoin.Pour les rseaux deau potable, Veolia travaille avec Syner-gie et surtout Epanet, un logiciel open source de plus en plusutilis. Pour lassainissement, la suite InfoWorks prend lerelais. Sur la plupart des contrats, nous avons dj une baseSIG (systme dinformation gographique). Des passerellesfacilitent la rcupration dinformations pour lamodlisationdu descriptif du rseau, ajoute Vincent Parez.Au dpart, la simulation tait un outil pour mieux dfinirles besoins du rseau, les raccordements des nouvelles zonesde collecte en eau potable. Aujourdhui interconnecte avec

    la simulation est depuis longtemps au cur du processus dinnovation,ici depuis la salle de contrle.

    lusinenouvelle i supplmentaun 3372 i 10 avRil 2014 13

    Intel : le laboratoireExascale ComputingResearch en routevers lexascale

    Le laboratoire Exascale compu-ting research (ECR), cr en 2010avec lUVSQ, le CEA et Genci, faitpartie des rseaux de rechercheorients vers lexascale. Lundes grands dfis des prochainesannes pour prparer le passage des systmes prsentant desmillions de curs de calcul resteloptimisation de linteractionentre les couches applicativeet les couches machine. Ce quiexige, dune part, de dvelop-per des outils sophistiqus pouranalyser ses effets au niveau ducur de calcul et du rseau decommunication ; dautre part detravailler sur des applicationsHPC pour lever les verrous depassage lchelle. Le labora-toire hberge ainsi des tudiantsmaster pour les former aux m-thodologies logicielles ou pouruvrer sur un algorithme decalcul spcifique.

    Pour Intel, il est important dint-grer les avances de la recherchemene sur du logiciel applicatif lensemble des architectures,de la brique de base (comme lafamille de processeur Intel Xeon)aux systmes HPC les plus puis-sants constitus de plusieurscentaines, voire milliers denuds. Cest une manire pournous de prparer demanire col-laborative les usages et les ins-tallations des codes de demain

    et de contribuer faire avancerlinnovation dans le domaine.

    Dans le cadre du laboratoire ECRet avec le soutien de Genci, nouscollaborons avec Hydrocean, unePME spcialise en simulationnumrique. Cette entreprise,charge damliorer les perfor-mances du futur trimaran deFranois Gabart, le gagnant duVende Globe 2013, souhaiteoptimiser le code quelle a misen place pour la modlisationdynamique de linteraction entreles vagues et le vent, appel SPH-Flow. En travaillant avec les ing-nieurs Intel du laboratoire et avecles outils open source de notrepartenaire universitaire, la PMEpourra faire voluer son code envue du passage des systmesHPC de plus grande taille.

    Pour lheure, le code profil a faitses preuves sur des processeursde type Xeon E5v2, fonctionnantsur un paralllisme moyen, avecun partage de huit curs decalcul sur un socket. terme,notre collaboration espre ob-server le comportement duditcode sur des machines au paral-llisme plus lev, de type XeonPhi, avec un partage de calculdenviron 60 curs par socket.Ainsi, via loptimisation du paral-llisme, nous esprons apporterdes avances considrables entermes de comprhension desmthodes SPH (smooth par-ticle hydrodynamics) qui sap-pliquent des secteurs varis(ingnierie navale, design desoliennes), tant sur les archi-tectures existantes que sur lesfutures. Un premier pas pouratteindre une puissance decalcul exaflopique dici quelquesannes...

    TRIBUNEDEMARQUE

    TRIBUNEDEMARQUEMET EN RELATION LAUDIENCEDE LUSINE NOUVELLE AVEC SES PARTENAIRES.

    Intel

    Coprocesseur Intel Xeon Phi

  • enqutesspcial simulation

    Q uel est le point commun entre un filtre solaireappliqu sur la peau, capable dabsorber les ultra-violets, et les peintures dposes sur le revtement

    dun avion pour piger des ondes lectromagntiques? Lesmmes quations sont utilises pour apprhender leur com-plexit et anticiper leur efficacit. Vingt ans aprs la biologie,le calcul intensif et lamodlisation 3D font aujourdhui figurede rvolution chez LOral. Pour concevoir les innovations dedemain, plus question de se laisser guider par les recherchesen chimie et physico-chimie. Cest un changement completde paradigme, senthousiasme Bernard Querleux, senior

    Le numro un mondial de la beaut acclre sarecherche en nouvelles molcules et veut percerles mystres des tissus humains.

    Biotechnologieloralsublimepeauetcheveux

    leprojet suivre lamodlisation va permettre daffinerlvaluation de la performance finale des produits et de prdirele rendu de la couleur dun fond de teint sur la peau.

    research associate, responsable du projet calcul intensif ausein de LOral recherche et innovation. Dsormais, cest uncalcul qui oriente la synthse dun nouvel actif ou la rali-sation dune formule physico-chimique. En multipliant lessimulations, nous explorons le jamais vu!

    quipement high-tech externalisDepuis plusieurs annes, le numro un mondial de labeaut fait la part belle au numrique au sein de sa rechercheavance. Pas rentables lachat dun supercalculateur ou laconstitution dune quipe das du calcul intensif en interne?LOral signe un partenariat avec le CEA pour bnficierde lquipement high-tech et de lexpertise de son centrede calcul recherche et technologie. En reproduisant surordinateur le comportement de la peau et des cheveux,nous pouvons amliorer notre connaissance de ces tissusbiologiques complexes et peu tudis au niveau mondial,explique Bernard Querleux. Le franais a pris les devants surses principaux concurrents, lamricain Procter&Gambleet langlo-nerlandais Unilever, galement adeptes de lasimulation.Le comportement de la chevelure, un ensemble de120000 150000 cheveux, tait jusqualors jug trop complexe pourtre modlis. partir dun ensemble de paramtres perti-nents, LOral et le CNRSmettent alors au point un modlestatique qui dcrit le comportementmcanique dun cheveu.Puis, le groupe et un laboratoire de lInria, spcialis dansla reprsentation de scnes complexes comme les champsde bl, planchent sur lcriture dquations qui rgissentles mouvements du cheveu. En 2006 nat ainsi le premiermodle de chevelure dynamique et paramtrable. Cela aouvert un formidable champ dexprimentation pour nosquipes de recherche dans le dveloppement de nouveauxproduits, car nous comprenions comment, en jouant surun paramtre, lapparence dune chevelure pouvait tremodifie, ajoute Bernard Querleux. Une innovation utilisepar le gant de la beaut dans ses gammes de shampooing,pour les rendre plus lissants ou plus coiffants. Mais il faudrapatienter quelques annes avant de pouvoir sappliquer lepremier produit cosmtique entirement conu sur ordina-teur. GalleFleitour

    droite, une vraiemche de cheveux. gauche et au centre sa simulation, cre partir dupremiermodle de chevelure dynamique et paramtrable.

    loRa

    l;Rte

    le projet suivre lyon, le dmonstrateur ForCity se trouvedans le quartier Gerland. Ce projet est men par eDF, veoliaenvironnement, Cmnpartners et la start-up the Cosmo Company.

    dautres outils, elle permet de piloter, de diminuer les cots,de positionner une fuite, demoins saturer les rseaux, dop-timiser les ressources. Il est galement possible dacheterou de vendre de leau une commune voisine connecte.Pour lassainissement, cest un peu plus compliqu. Il fautcapter les lments pluvieux, viter les dbordements,interfacer le rseau et lenvironnement, examiner les cou-rants marins avant que la pollution puisse avoir un impact.En vingt ans, la puissance de calcul a progress. Elle est

    devenue beaucoup plus rapide. Elle permet de trouver lebon rapport entre les cots et lenvironnement. Lavenir?Cest davoir davantage de liens avec les SIG et de plus enplus dinformations en temps rel. Mais le vrai temps rel,nous ny sommes pas encore. olivier CoGnasse

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  • De la milliseconde la dcennie, des marchsaux transitoires lectromagntiquesLoprateur rseaux ne peut plus se passerde ses simulateurs.

    rseaux lectriqueslanticipationpourcredochezrte

    C hez RTE, la simulation est partout. Presque toutesles activits de lentreprise y font appel, rsumeDidier Zone, le directeur duCentre national dexper-

    tise rseau de RTE. Le gestionnaire du rseau de transportdlectricit franais opre, entretient et dveloppe quelque100000 kilomtres de lignes haute et trs haute tensionponctues denviron 2600 postes de transformation. Il estau cur du systme lectrique dans un monde de lnergieen pleine mutation. Sonmtier repose sur lanticipation. Lasimulation est son atout.Au quotidien, la simulation permet RTE de garantir lebon fonctionnement dune machine industrielle complexequi repose sur le synchronisme dunemultitude demachinestournantes, qui produisent ou consomment llectricit. Encas dincident, le risque est de dclencher une raction enchane qui conduise un effondrement de grande ampleur: leblack-out. Pour lviter, des calculateurs daide la conduitedu rseau tournent en continu dans les huit centres deRTE. Ils simulent des incidents (ligne coupe, panne degnrateur) et vrifient que le rseau restera stable face ces incidents. Si ce nest pas le cas, des outils de simula-tion plus sophistiqus aident les oprateurs trouver desparades, comme rpartir diffremment les flux dlectricitou demander une centrale daugmenter sa production.

    Cest ainsi quest mise en uvre la rgle du N-1, base de lasret du rseau: celui-ci doit continuer fonctionner aprsla perte dun quipement.

    suite logiciellemaisonCes outils daide la conduite font tourner leurs algorithmessur des modles physiques dlectrotechnique des rseaux.Ils ont t dvelopps en interne, par EDF puis par RTE.Nous avons environ 90 experts du systme lectrique et desmatriels, Versailles et la Dfense, qui font voluer nossimulateurs, prciseDidier Zone. Lensemble formeune suitelogicielle, Convergence, que RTE utilise pour dvelopper lerseau. Simuler limpact dune centrale lectrique, lapportdune ligne haute tension ou dun poste de transformationLinstallation du rseau passe par lanticipation, dautant quela construction des ouvrages, avec les phases de concertationet dautorisations, prend de sept dix ans.RTEdispose galement de logiciels plus pointus pour tudierla dynamique des rseaux (surtensions, pertes de synchro-nisme). Les transitoires lectromagntiques sont simuls la milliseconde prs par le puissant algorithme dEuros-tag. Issu dEDF, ce programme est codvelopp par RTE etTractebel (GDF-Suez). Pour descendre sous la millisecondeet simuler les transitoires ultrarapides qui peuvent affecterles composants dlectronique de puissance, RTE fait appel EMTP-RV, mis au point avec Hydro-Qubec et Powersys.La simulation ne sarrte pas llectrotechnique: les pr-visionsmto sont intgres dans desmodles qui calculentla consommation dlectricit et les productions solaire etolienne. Les simulations des marchs prvoient commentles changes dlectricit vont influer sur les flux sur lesrseaux Chez RTE, tout est une question danticipation.Donc de simulation. manuelmoraGues

    le projet suivre rte prpare un serious game , sorte desim City du rseau lectrique, qui servira la formation eninterne. il devrait ensuite tre diffus auprs du grand public.

    le Centre national dexploitation du systmedertegarantit lquilibre entre production et consommation.

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  • enqutesspcial simulation

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    I maginez-vous commandant dun navire de guerreen train de superviser lopration de dbarquementdun commando. Dans la salle de commandement,

    la bonne vieille carte dtat-major a laiss place une grandetable tactile numrique qui prsente dynamiquement lasituation tactique, la position des cibles et celle des moyensdont vous disposez pour atteindre votre objectif. Dans lescnario envisag, vous voyez la progression de vos troupesembarques sur leur Zodiac fonant vers le littoral pourneutraliser une unit logistique ennemie. Dun geste de lamain, en tapotant sur la bonne icne, lofficier affiche dansune petite fentre le flux vido de la camra fixe lavant

    La Direction gnrale de larmement misesur ses experts en simulation pour acclrerla conception de futurs systmes darme.

    Dfenselaguerrecommesivousytiez

    de lembarcation rapide. En slectionnant licne du dronerattach cette zone, ce sont les images captures du cielqui se mettent dfiler. Bref, tous les flux vido pris depuisdiffrents endroits du champ de bataille sont intgrs latable tactique et visibles instantanment. Pour chaque flux,des mtadonnes viennent prciser la source des images,llment point Si ncessaire, ces informations peuventtre envoyes par liaison satellitaire au commandementcentral pour valider une dcision.

    La centralisation des flux pour objectifDepuis quelques mois, tout cela nest plus du domainede la science-fiction. Un tel prototype a t dvelopp parune poigne dexperts logiciel du laboratoire technico-opra-tionnel (LTO) de la Direction gnrale de larmement (DGA),install Arcueil et sur le site duMourillon Toulon. AprsloprationHarmattan en Libye, les forces navales opration-nelles ont exprim le besoin de mieux exploiter toutes lesinformations vido qui taient leur disposition. Ils nous ontdemand un outil capable de centraliser lensemble des fluxvido pour les aider prendre plus rapidement les bonnesdcisions, explique ric Bujon, le responsable simulation la DGA. Les marins lont test en mer lt dernier et leurretour dexprience sera prcieux pour disposer, terme,dune version industrialisable.Le laboratoire a galement t mobilis pour validerdautres concepts darmes, notamment le tir de missiles partir dun vhicule blind sans vue directe de la cible.Les dveloppeurs se sont appuys sur un serious game,qui plonge lobservateur, le dcideur et le tireur dansun monde virtuel o ils peuvent tester diffrents scnariosde tirs. Ces simulations ont permis de dfinir la meilleurerpartition des rles entre les oprationnels. Au-del destraditionnels simulateurs et systmes dentranementcomme celui du Rafale, la DGA exploite donc la simulationcomme un outil dingnierie technique. Pour la dfinitiondun nouveau systme darme, le dialogue entre les opra-tionnels, les ingnieurs et les industriels savre essentiel.Il permet de traduire un besoin oprationnel en un cahierdes charges qui servira de base au contrat avec lindustriel.Un contrat raliste aussi bien sur le plan des performancesque sur les cots de dveloppement du futur quipement,prcise le responsable simulation.Utilisatrice intensive des technologies de simulation depuisplus de vingt ans, la DGA peut aujourdhui compter sur230 experts dans ce domaine, soit trois fois plus quil y adix ans. Elle y consacre un budget de plusieurs dizaines demillions deuros par an. Malgr la baisse des ressources,la simulation reste une priorit. Nous avons mis en placeun programme de rationalisation de nos activits en 2013.Dans notre mode de fonctionnement, nous devons nousrapprocher de celui dune socit dingnierie avec unemeil-leure mutualisation des ressources et des outils, conclutric Bujon. HassanMeDDaH

    La table tactile numrique, une carte dtat-major version high-tech.

    le projet suivre Runis au sein de lassociation adis,la DGa et ses fournisseurs veulent dvelopper une bote outils commune sur les technologies de simulation.dg

    a;lauren

    tpa

    scal

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    De lexploration au raffinage en passant parlexploitation dun rservoir, le groupe ptroliermodlise son industrie grce un supercalculateur.

    nergietotalcarbureauxalgorithmes

    Quinze fois plus puissant que son prdcesseur, le calculateur Pangea a cot 60millions deuros Total.

    pour optimiser une exploitation. une autre chelle, et sur lemme principe, Total reproduit les ractions chimiques, leschanges de chaleur, les polymrisations au sein des grandsprocds de raffinage. Cest ce quil y a de plus compliquen mcanique des fluides multiphysiques, explique Jean-Franois Minster, directeur scientifique de Total.

    Unematrise globale des tudesEnfin, le groupe plonge vers des dimensions bien plusmodestes avec la modlisation de structures devenue indis-pensable la chimie de spcialits, activit assume par desfiliales comme Hutchinson. Dans le cadre de ralisation dejoints dtanchit pour lautomobile, par exemple, il estncessaire de reproduire lensemble du vhicule et ses vibra-tions sur la route pour mimer le vieillissement du produit.La simulation de structures permet galement dvaluerle coulage de matires composites dans des moules. Lamodlisation pousse jusquau niveaumolculaire. Lobjectiftant de dchiffrer des comportements macroscopiques partir dchelles infiniment petites, utile pour ltude descolles notamment.Environ un tiers de ces recherches est ralis en internegrce des moyens humains et techniques ddis. Le resteest sous-trait par des socits spcialises ou par desuniversits, selon la complexit et la sensibilit des sujets(risques industriels, impacts environnementaux). Si Totala choisi dinternaliser une part de ces tudes, cest dans lebut de rester matre de sa connaissance. La simulationest tellement stratgique que nous devons comprendre les

    D ans un groupe de la dimension de Total, la rus-site et la prcision des simulations numriquesengagent des centaines de milliers, voire des mil-

    lions deuros. Pas tonnant que lentreprise en ait faitune comptence cl dans toutes ses activits. En premierlieu, il sagit de transformer les donnes de propagation duneonde sismique dans le sous-sol en une image des couchesgologiques afin de dcouvrir des rservoirs dhydrocarbures.Les volumes dinformations traiter atteignent des sommetsavec 170 traoctets pour les plus grandes campagnes.Puis, Total transcrit la dynamique des fluides multi-chelles. Cela consiste reprsenter lvolution dun rser-voir dhydrocarbures lors de son exploitation. Exercice diffi-cile, car il sagit de simuler la migration de leau, de lhuileet du gaz dans un milieu complexe et de leurs interactionsavec la roche.Mais exercice indispensable, car de lui dpendla ralisation de forages supplmentaires ou linjection deau

    LUsinenoUveLLe i supplmentaun3372 i 10 avril 2014

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    S ur le site toulousain de Mto France, deux nou-veaux supercalculateurs ont t installs en 2013.Deux machines Bull qui affichent plus de 500 t-

    raflops de puissance crte chacune. Soit une puissancetotale vingt fois suprieure celle des deux ordinateursNec quelles remplacent. Lune est consacre la prvisionquotidienne, lautre des travaux de recherche. Et ce nestquune tape, car les deux calculateurs seront remis niveauen 2015-2016. Une opration qui devrait quintupler lapuissance crte. Globalement, sur les logiciels quil utilise,Mto France sattend un gain de performance multiplipar trente environ. Le premier des supercalculateurs Bull estpass en production en janvier. Lensemble des nouveauxquipements de calcul sera oprationnel enmai. Le tout sansaugmenter la consommation dnergie, grce un systmede refroidissement plus efficace.

    Lvolution du climat en questionCette monte en puissance na rien de surprenant, car laprvision mtorologique est depuis toujours une grandeconsommatrice de moyens de calculs. Mais la migrationentame en 2013 rpond un programme prcis dam-lioration des prvisions. Et engage Mto France dansune vaste entreprise de rvision de ses codes de calcul.Lun de nos objectifs est damliorer la prcision des prvi-sions en rduisant la maille des modles de latmosphre,indique Alain Beuraud, le chef de projet calcul intensif Mto France. Ainsi, le modle le plus fin, Arome, quidonne des informations locales en mtropole, fonctionne

    Le service mtorologique national augmente sapuissance de calcul. Son but? Affiner ses modlesprdictifs des phnomnes atmosphriques.

    ClimatmtoFranceaFFtesesprvisions

    aujourdhui avec une maille de 2,5 kilomtres. Elle serarduite 1,3 kilomtre. Arome permet notamment de pr-voir des vnements potentiellement dangereux, comme lesorages. Et son usage va stendre aux Dom-Tom. Arpge,autre modle de simulation de Mto France, lchelledu globe cette fois, utilise une maille de 15 kilomtres quipassera 7,5 kilomtres. Affiner le maillage des modlesnest pas le seul but de la monte en puissance des moyensde calcul. Lide est galement de faire tourner un plusgrand nombre de simulations. Par exemple, faire varier lesconditions initiales sur unmmemodle afin de vrifier ouconfirmer un risque de tempte ou dvnement dangereux.Ou encore actualiser toutes les heures les prvisions pourrpondre aux demandes spcifiques des aroports.Enfin, il ne faut pas oublier que lun des deux calculateursest ddi la recherche, et que Mto France est fortement

    en rduisant lemaillage de sesmodles,Mto France veut obtenir des prvisions plus fines.ici, une carte des tempratures et du vent.

    calculs associs. Nous ne pouvons pas nous contenter duneanalyse de prestataire, explique Jean-Franois Minster.Pour y parvenir, le groupe possde plusieurs supercal-culateurs. Mais surtout, depuis mars 2013, les informati-ciens hardwares, les ingnieurs systmes, les oprateurs,les mathmaticiens et les gophysiciens bnficient de lapuissance de Pangea, le neuvime plus puissant supercal-culateur au monde au moment de son installation. Installdans le centre scientifique et technique Jean-Frger, Pau(Pyrnes-Atlantiques), il affiche 2,3 petaflops de puis-sance de calcul et 7 petaoctets de capacit de stockage. Cetinvestissement de 60 millions deuros a t rembours enmoins dun an, tant il rduit la complexit et amliore la

    prcision des simulations. Un lment cl dans lindustrieptrolire o seuls 15 30% des forages sont un succs.Lamlioration du taux de russite de quelques points suffit conomiser des millions de dollars. En outre, le gain detemps est considrable. Lanalyse des relevs sismiques duprojet Kaombo, en Angola, a demand neuf jours de calcul Pangea. Avec lancien supercalculateur, il aurait falluquatre mois et demi LUDoviC DUPin

    le projet suivre La simulationmulti-chelle etmultiphasede polymrisation, lance en partenariat avec lacadmiedes sciences de Chine, Pkin. Rendu difficile par des phasesde densit trs voisines, ce projet est une premiremondiale.

    mt

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    S ur lcran courbe de la salle de ralit virtuelle, levisiteur chauss de lunettes 3D plonge au curde la frgate FremmAquitaine, premier exemplaire

    livr par DCNS laMarine nationale fin 2012. Plage arrire,poste central doprations, passerelle de commandementTous les espaces sont passs au crible avec le client, jusqu

    Adepte de la ralit virtuelle, DCNS pousse leconcept dans son programme des frgates Fremmet teste la ralit augmente en production.

    Construction navaleDcns,lebtisseur3D

    lemplacement des prises lectriques, explique Yann Bouju,le responsable Lorient des activits de ralit virtuelle etaugmente. Un dpartement qui compte une dizaine desalaris pour lensemble du groupe.Depuis 1997, DCNS conoit et fabrique ses navires avecdes maquettes numriques et de la visualisation 3D. Lestests ont commenc avec le porte-avions nuclaire Charles-de-Gaulle, prcise Yann Bouju. Les Fremm et les Barracudasont les programmes o nous avons pouss la logique leplus avant. Les maquettes numriques sont directementintgres Etrave, un systmePLM (pour product lifemana-gement)mis au point en interne pour les besoins spcifiquesde lentreprise: un navire de guerre ou un sous-marin sontcomplexes fabriquer avec un nombre de composants quidpasse lemillion. En amont de la construction, lamaquettenumrique permet de vrifier la faisabilit et sert aux tudesprliminaires avec le client. Nous travaillons en amont surla dfinition et lergonomie des postes de travail, prciseYann Bouju. Lamorphologie dunmarinmalaisien na rien voir avec celle dunmarin franais. Nous devons adapter lespostes. Lors des tudes dtailles, la ralit virtuelle permetde drisquer bien des bugs. Par exemple, impossible surla frgate Aquitaine de vrifier de visu, depuis la passerellede commande, le flanc arrire du navire o ont lieu desoprations importantes comme la mise leau de Zodiacpour intervention. Nous avons alors ajout un aileron surle ct de la passerelle, explique Yann Bouju.

    Une excellente rentabilit ct de la premire salle de ralit virtuelle, une secondesalle, dite de tracking, est ddie des runions de travailplus appliqu: une fois quip de lunettes surmontes dedrles de petites antennes et arm dune sorte de joystick, onpeut manipuler la maquette numrique dans tous les sens.Cherbourg et Toulon sont quips de salles identiques. Nousavons aussi un cave depuis un an et demi Cherbourg,avec trois crans permettant une plus grande immersion,explique Yann Bouju. Cette salle est proximit dumontagedes sous-marins nuclaires Barracuda. Les quipes demontage vont y vrifier le matin la faisabilit des oprations

    immersion totale dans cette salle de ralit virtuelle o sont traqus les bugs de conceptiondes navires arms.

    impliqu dans ltude de lvolution du climat, avec lun desdeuxmodles de simulation franais (une version dArpge)reconnus par le Groupe dexperts intergouvernementalsur lvolution du climat (Giec). Lordinateur ddi larecherche servira prparer le prochain rapport de cetteinstitution sur le rchauffement climatique. Mais tout cecinest pas sans poser de srieux dfis informatiques. Chacundes deux supercalculateurs Bull comporte 1000 nuds decalcul et 24 curs de processeurs Intel. Rien de communavec la gnration prcdente de calculateurs Nec et leursdix nuds de calcul vectoriel Une paralllisation mas-sive des codes de calcul savre donc ncessaire. Pourque la maille du modle Arome soit effectivement rduite 1,3 kilomtre, il faudra le faire tourner sur des milliers

    de curs de processeurs, souligne Alain Beuraud. Autrepoint cl: les entres-sorties des donnes avec un ensemblede processeurs qui travaille simultanment Ce peut treun point bloquant : inutile de rajouter des processeurs sion ne la pas rsolu, prvient le responsable du calculchez Mto France. De quoi occuper un bon momentles quipes de recherche et de production, associes larsolution de ces problmes. Tout en prparant dj lenouveau saut de puissance et de paralllisme annoncpour 2016. THieRRy LUCas

    le projet suivre Ladaptation des programmes de prvisionmtorologique aux architectures parallles des nouvellesgnrations de super-ordinateurs.

    pasc

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    I mpossible de rester le numro un mondial desgaz industriels et mdicaux sans faire la partbelle linnovation. Chez Air liquide (15,3 mil-

    lions deuros de chiffre daffaires en 2012), la recherche ahistoriquement fait appel la simulation numrique. Il y avingt-cinq ans, le groupe comptait dj des spcialistes ducalcul ou des logiciels capables de modliser les flammesdes fours de ses clients verriers. Aujourdhui, la simulationnumrique et la modlisation font partie des neuf comp-tences cls que nous avons identifies en R&D, constateRgis Rau, le directeur scientifique senior du groupe.Associes dautres comptences comme le gnie desprocds, elles sont devenues un outil quasi indispensabledans le dveloppement de nos projets.

    Une productionmoins nergivoreSpcialistes de la dynamique des fluides ou de la mod-lisation molculaire, pas moins de quarante chercheurs,en Europe et aux tats-Unis, simulent temps plein. Sanscompter une vingtaine de collaborations avec de grandscentres dexcellence travers le monde, comme la chairesur loxycombustion, cre en 2012, avec Centrale Pariset le CNRS. Si la simulation est aussi stratgique pour Airliquide, cest quelle optimise toutes ses activits (sant,industriel marchand, grande industrie et lectronique) ettoutes les tapes de sa supply chain: de la production dugaz, en passant par le transport, jusquau stockage et lalivraison des clients. Indispensable face la globalisation delindustrie et aux contraintes en ressources, identifies en

    Le groupe franais met de la simulation dans tousses projets. Et amliore ainsi les performances deses installations comme celles de ses clients.

    ChimieairliquiDeoptimiselesressources

    dcembre par le PDG du groupe, Benot Potier, comme lunedes grandes tendances du march de demain.La simulation est prcieuse pour rendre la production degaz moins nergivore. Grce la mcanique des fluidesnumriques, les chercheurs ontmodlis les phases de spa-ration des gaz de lair pour mieux contrler les transferts dematires et turbulences causs par le passage de liquide envapeur. Couple un processus dautomatisation, la mod-lisation a rduit de 4% les dpenses dnergie des usinesconcernes. La mme dmarche a t applique chez sesclients. Nous apportons de la valeur nos clients, insisteRgis Rau, en dveloppant des solutions personnalises la pointe de la technologie. Chez les verriers, auxquelsle groupe fournit de loxygne et des brleurs pour le fonc-tionnement des fours, la simulation permet dtudier ladistribution des flux thermiques afin doptimiser leur design.Dans la sant, secteur en forte croissance pour Air liquide, lasimulation booste linnovation. Il y a quelques annes, seschercheurs se sont penchs sur la manire dont les sprayspntrent la structure bronchique, afin de favoriser la respira-

    La simulationdes fours dereformagepermet dediminuer lesdpensesnergtiques.

    le projet suivre Lintgration en production doutils de ralitaugmente des fins de vrification de chantier.

    de la journe, poursuit-il. Linvestissement est important,mais DCNS ne communique aucun chiffre. Tout juste saura-t-on que sa rentabilit est excellente, notamment grce auxconomies sur les reprises en chantier.DCNS teste galement des dispositifs de ralit augmen-te sur la sixime Fremm en construction. Sur un quai, untronon de navire. Dans la future buanderie, Brendan LeGallo, analyste mtiers, transporte une valise baptiseRapace. lintrieur, un rtroprojecteur coupl une camra,tous deux relis un ordinateur portable. Celui-ci chargela maquette numrique et projette dans la pice le plande la buanderie afin de regarder si les pices soudes surles cloisons sont au bon endroit. La plupart le sont. Lune

    dentre elles est dcale de quelques centimtres. Lors delinspection du chantier, le responsable de la productiondcidera sil faut la dplacer ou si on peut la laisser en ltat.Si cest le cas, lidal serait de pouvoir modifier ensuite lamaquette virtuelle, explique lanalystemtiers. Ce sera peut-tre lune des prochaines tapes. Aprs celle de convaincreles chefs dquipe que loutil fait gagner du temps. Cestle mme mouvement que nous avons opr quand noussommes passs de la table dessin la CAO, se souvientYann Bouju. Une petite rvolution. PaTRiCkDnieL

    airliquide

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    P our Alcatel-Lucent, la simulation numrique estune seconde nature. Le groupe la dcline sur tousles tons au sein de ses Bell labs. Prs de 80%

    de nos travaux passent par la modlisation, affirme Jean-Luc Beylat, le prsident dAlcatel-Lucent Bell Labs France.Alors, Alcatel-Lucent champion de la simulation? Sans aucundoute. Lquipementier tlcoms la voit comme un moyendinnover, de rduire les cots et les cycles dinnovation.Pour commencer, il sait modliser lensemble des couchesdun rseau de tlcommunication (routage IP, transmissionoptique) et chacun de ses lments. Indispensable pourtudier le comportement des rseaux, optimiser leur confi-guration, tester les technologies Ce sont les quipes derecherche des Bell labs, par essence multidisciplinaires, qui

    Chez lquipementier, les chercheurs simulent aussibien les rseaux que la propagation des ondes. Etcest dans les Bell labs quils conoivent les logiciels.

    RseauxlamoDlisationaucurDalcatel-lucent

    dveloppent leurs propres outils demodlisation rpondant leurs besoins spcifiques. Ces labos travaillent autour detrois grands axes: la contrainte de la croissance du trafic etloptimisation de linformation; lanalyse de lutilisation desquipements et du cloud; enfin, les composants, linforma-tique quantique Cest ce type de travaux que les outilsconus en interne servent en priorit. Mais pas seulement.Ils facilitent le travail des quipes de conception des produits,ou sont vendus certains clients qui souhaitent pouvoirreconfigurer leur rseau.

    Un support de linnovationPour modliser le trafic, Alcatel-Lucent injecte dans sescalculs limposante quantit de donnes qui provient delutilisation de ses quipements. Cela permet de mieuxcerner les ractions des usagers lors de communicationslourdes, comme le visionnage dune vido en streaming. Oudtudier le comportement de petits capteurs de pressionqui nenvoient quune information toutes les heures, parexemple. Avec la croissance permanente du flux de donneset lamultiplication des usages, connatre le trafic est devenuun enjeu essentiel des tlcoms.La simulation, en tant que support de linnovation et desdveloppements, donne parfois un avantage concurrentiel Alcatel-Lucent. Dans le domaine de loptique, il senor-gueillit de sa capacit modliser la propagation des ondes.Nous ne sommes pas les seuls travailler sur ce sujet,confie Jean-Luc Beylat, mais cest grce cette comptenceque nous avons t les premiers proposer du 100 Gbit/scohrent [ndlr : rseau optique trs haut dbit]. Le franaissaventure galement du ct de la simulation thermique.Les quipements de rseau suivent la loi deMoore, rappelleJean-Luc Beylat. Plus ils deviennent puissants, plus ils com-prennent de transistors et plus ils mettent de chaleur. Or laconsommation dnergie est une proccupation majeure detout acteur conomique. Et les oprateurs tlcoms, clientsprivilgis dAlcatel-Lucent, nchappent pas la rgleEnfin, linstar de nombre dindustriels, lquipementierapplique la simulation au prototypage et au test. Idale, parexemple, pour exprimenter ses cbles optiques sous-marinsdestins de trs longues distances avant de les dployerentre deux continents. eMManUeLLe DeLsoL

    tude de la propagation des ondes du rseau optique dans un quartier.en rouge, les zones o le trafic est le plus rapide.

    tion de patients souffrant de problmes respiratoires. Nousavons reconstruit numriquement cette structure partir dedonnes relles, et essay de comprendre la trajectoire desparticules de gaz pour simuler leur transport dans les voiesariennes, raconte Rgis Rau. Nous avons dcouvert quelutilisation dunmlange doxygne et dhlium, plus lgeret visqueux que lair, permettait de respirer plus facilement.Un saut technologique confirm par des tests in vitro et in

    silico. Prochain dfi? Le big data. Aprs stre dot dun nou-veau calculateur sur son centre de recherche francilien desLoges-en-Josas, il entend se rapprocher de voisins commele CEA GaLLe FLeiToUR

    le projet suivre au cur du consortiumParis-saclay efficacitnergtique, air liquide et ses partenaires imaginent les transfertsde flux nergtiques entre lusine du futur et son cosystme.

    le projet suivre alcatel-Lucent continue de travaillersur la propagation des ondes dans les rseaux optiquespour le trs haut dbit fixe etmobile.al

    cate

    l-lu

    cent

  • 25

    LINNOVATION COMMENCE PAR UNE RENCONTRE

    HIG

    HT

    EC

    HLA

    BS

    www.hightechlabs.fr

    Le laboratoire dides de Sogeti High Tech.Culture de linnovation : linnovation est une valeur essentielle au cur de la stratgie de Sogeti High Tech. Soutenue par une politiquede proprit intellectuelle, elle permet de rpondre aux exigences de performance et de comptitivit des plus grands groupes industriels.

    Projets R&D et incubation : scurisation de plateformes, modlisation de systmesmulti-agents coopratifs, simulation et ralit virtuelle :les ingnieurs de Sogeti High Tech imaginent et dveloppent des solutions adaptes aux volutions du march.

    Open-innovation : avec les industriels, les laboratoires, les ples de comptitivit, les coles High Tech Labs suscite et catalyse lesrflexions, rgulirement partages lors des rencontres ConnectID de Sogeti High Tech.

  • enqutesspcial simulation

    26

    Trompe-lil, les images de la simulation? Pour le nophyte, parfois.Pour lexpert, ces visualisations numriques de phnomnes physiquesou biologiques valent souvent plus de mille mots.paraurlie barbaux

    portfolio

    cestonnantesimagesdelanatureenquation

    hpitalg

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    aldumass

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    tts

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    ience

    /cnrs

  • 27

    pas si fragilecette enveloppetransparente !il sagit dunecapside, coquetrs dfensivequi entoure leViH. (Medicalschool ofHarvard)

    Finalement, le cblagenerveux du cerveauserait trs ordonn.(universit delillinois)

    Ceci nest pas le dtail dun jardinmais des vues dun liposome, dit pgyl et dcor. (CNrS)

    luSiNeNouVelle i supplmentaun3372 i 10 avril 2014

  • enqutesspcial simulation

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    Ceci est bienune tudedaquaplanagede pneu sur routemouille. (MSCSoftware)

    Ceci nest pas un plumeau,mais les trajectoires dlectronsdans un champmagntiquevariable dans lespace,ou lentille magntique. (Comsol)

    Quimporte la silhouette, cest lanalyse compare des champs de vitesse dcoulements proximit de la surfacedes lunettes et des bonnets ancienne et nouvelle gnrations qui compte. (Speedo/ansys)

    Voil comment se distribuentdans unmoteur lectriquela temprature, produite parle courant alternatif dans labobine de stator, et les courantsinduits dans llment dancrageet le rotor. (Comsol)

  • 29

    Ces vaguesdondulations, appeles

    corrugations,correspondent aux vues

    internes et externesdu prolongement isomtrique

    dun tore carr plat en 3Ddans lespace ambiant.

    on les appelle aussi fractales lisses. (CNrS)

    luSiNeNouVelle i supplmentaun3372 i 10 avril 2014

    msc

    soft

    Ware;comso

    ls;a

    nsY

    s;v.Borrel

    li,s.JaBrane,f.la

    Zarus,B.thiBer

    t,d.rohmer

    /cnrs

  • enqutesspcial simulation

    30

    La plupart des industriels cherchent dsormais limiter limpact environnemental de leurs processde fabrication. Un superbe terrain de jeu pourla simulation numrique.par Jean-Franois prevrauD

    production

    passerlesprocessauvert

    C ontraints par des rglementations ou des questionsde cots, les industriels tentent de limiter limpactenvironnemental de leurs process de fabrication.

    Pour utiliser le minimum de matires premires, limiter lesrebuts, rduire les consommations dnergie et de fluides oulimiter lusure des outils, en tenant compte de paramtres telsque la climatisation, lclairage des locaux ou la dispersiondes odeurs et des poussires, ils se tournent de plus en plusvers la simulation.En commenant au cur de latelier. L, les outils deManufacturing executive system (MES) permettent de col-lecter les vritables donnes de production et dalimenterles modles numriques servant de base la simulation.Cela aide comprendre les process et expliquer les dfautsponctuels. Le fabricant italien Tenaris a ainsi rduit de 15 Cla temprature de coule de ses corps de vannes ptrolires,entranant une baisse de 15% de sa consommation ennergie de chauffage et en eau.Les logiciels dusine numriques servent galement rduire la consommation. Lutilisation de la maquettenumrique dune ligne de production permet de connatrerapidement tous les paramtres du process et de procder une simulation permettant une optimisation globale pluttquune juxtaposition ponctuelle doptimisations, estimeHugues Drion, le responsable de la division manufacturingdAutodesk France. Un grand constructeur automobileallemand utilise ainsi un logiciel de simulation de lignesrobotises pour optimiser la consommation de ses lignes

    Auto

    form

    de ferrage. En ajustant la vitesse des robots pour quilsfinissent tous leur tche en mme temps, nous avons purduire la vitesse de rotation de la plupart desmoteurs et faireainsi chuter la consommation globale de la ligne de 50%,explique Hadrien Szigeti, analyste stratgique chez Delmia.

    une dmarche conomique viableDans des domaines comme lemboutissage, la forge ou lafonderie, la simulation met au point et amliore les processde fabrication enmme temps que les pices raliser. Pourgarantir leurs objectifs de rduction dmissions de CO2,tous les constructeurs automobiles allgent leurs vhicules.Mais pour garantir la scurit, ils utilisent des aciers plusperformants haute limite dlasticit (HLE), voire trshaute limite dlasticit (THLE), constate Vincent Chaillou,le directeur oprationnel dESI Group. Et ils profitent de leurshautes caractristiques pour crer des pices hardies.Il faut alors procder de lemboutissage chaud, ce quichange la nature cristalline dumatriau. On sort des zonesde travail habituelles et la simulation prdictive est la seulevoie conomiquement viable pour comprendre le comporte-ment de lamatire, afin de dvelopper ces nouveaux processde production, avance encore Vincent Chaillou. Notons quelEurope est en pointe sur ces sujets grce des constructeurscomme Peugeot ou Volkswagen.Dans la fonderie, o le taux de rebut sur les pices les

    17%dallgement,

    soit 500grammes.paisseur1,2 mm

    paisseur1 mm

    acier micro-alli

    Des gains possibles sur

    Lnergie lclairage le chauffage et la ventilation les fluides (eau, air, gaz) lesmatires premires

    les taux de rebutdes pices finales

    les odeurs et les poussires la maintenance le dmantlement

  • enqutesspcial simulation

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    vers des btimentsplus conomes

    compte du btiment o il est install, car le rayonnementsolaire peut produire des effets indsirables sur celui-ci.Cest ce qua fait AstonMartin grce aux outils de simula-tion dAutodesk, afin de garantir une temprature identiquesur deux panneaux daluminium lors de leur soudure,alors quils proviennent de machines diffrentes, expliqueHugues Drion. Une utilisation de la simulation globalepratique par Magna Steyr dans lusine o il assemble desMini. Son objectif : rduire ses cots de 1% par an, ce quireprsente 40 millions deuros. Les outils de simulationdemboutissage servent dfinir le process idal pour obtenirla meilleure pice possible en minimisant les cots. Maisnoublions pas que lamatire reprsente un peu plus de 80%du prix de la pice, cest pourquoi les industriels travaillentsur loptimisation des flans et la rduction des rebuts, avantde songer rduire le cot nergtique, constate quant luiVincent Ferragu, le directeur dAutoFormEngineering France.

    optimisation nergtiqueCertes, pour le moment, les outils de simulation dumarch nintgrent pas directement de fonction doptimi-sation nergtique. Mais Comsol Multiphysics comporteun module doptimisation gnrique, vritable bote outilsque nos clients peuvent utiliser pour faire de loptimisationnergtique. Lun dentre eux sen est notamment servipour augmenter le dbit dun ventilateur sans changer lavitesse de rotation de son moteur, en jouant sur la gom-trie des pales. Il suffit de maximiser une fonction objectif,explique Jean-Marc Petit, le responsable de Comsol France.Une approche gnrique que confirme Jean-Pierre Roux, ledirecteur des ventes dAltair France: Nos solutions peuventtre employes des fins doptimisation nergtique desprocess de production, pour peu que les industriels disposentdes bases de donnes adquates. Elles restent malheureu-sement encore trop souvent construire.

    allgersansfragiliserpour rduire les missions de Co2, les constructeursautomobiles allgent leurs vhicules. La simulation les yaide, comme ici pour valider le changement dematriau etdpaisseur dun piedmilieu de caisse, ainsi que le processdemboutissage associ. unmatriau plus rsistant pourratremoins pais sans pour autant fragiliser la pice.

    plus complexes (culasses, carters demoteur dhlicoptre)peut atteindre 15%, la simulation permettrait de ramenerrapidement ce taux moins de 5%. Une dmarche cono-mique et verte. Le recyclage des rebuts entranant aussi unsurcot nergtique.La simulation dusinage par enlvement de matire estgalement essentielle pour rduire les temps de cycles etgarantir la scurit de lusinage. Mais de plus en plus declients sintressent la rduction de lnergie ncessaire.Cest dailleurs la problmatique du projet Angel, que nousportons au sein du ple Systematic avec laide dindustrielscommeAirbus,Messier-Bugatti-Dowty et Snecma, constateGilles Battier, le PDG de Spring Technologies.Les outils de simulation sont aussi au cur de mtierscomme lemballage. Lun de nos clients a utilis la simula-tion pour remplacer le PET de ses bouteilles par un matriaubiodgradable base damidon demas. Il a ainsi pu dimen-sionner la bouteille, mais aussi mettre au point le processde soufflage/extrusion garantissant un bon quilibre entrequantit de matires, qualit du produit, dure de vie desmoules, rduction des rebuts et diminution de lnergiencessaire, explique Antoine Langlois, le directeur tech-nique de MSC Software France.Mais pour tirer lemeilleur parti de lamaquette numrique,cest tout lenvironnement quil faut simuler. Il est mmeprfrable de procder loptimisation du process en tenant

    acier ultra-hautersistance

    LusinenouveLLe i supplmentAun3372 i 10 Avril 2014

    Dans le domaine du btiment,laccent est pour lemomentmis sur laugmentation desperformances nergtiquesdes ouvrages construits. Celainflue fortement sur nos outilsetmthodologies de travail.lutilisation de lamaquettenumrique 3D permet dtrecohrent et de ne rien oublier,tout en tant capable de fairetravailler tous les intervenantsen parallle et non plussquentiellement, explique

    larchitecte thierry rampillondu cabinet Cr&on. Cela nouspermet de chiffrer ds le dbutle projet en garantissant unniveau de performances et denous y tenir. il est clair que celanous permettra aussi, dansun futur relativement proche,de simuler et doptimiserle cot environnemental de laconstruction. nousmatrisonsdjmieux les quantits dematriaux mettre enuvre,ce qui limite les dchets.

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    Recherche

    DesprojetsXXlLa simulation prend une part grandissante dansles grands programmes scientifiques. Quil sagissedlucider des questions thoriques ou de rpondre des problmes de sant publique.PaRThieRRy Lucas

    O n se demande parfois sil est indispensable de fairetourner des ordinateurs surpuissants pour savoirsil pleuvra demain. Mais quand il sagit de prvoir

    le rchauffement climatique, la hausse des tempratureset ses effets lchelle mondiale pour le prochain sicle,alors plus personne, ou presque, nen conteste lutilit.Lampleur et lenjeu de la tche justifient que lon mobilisepour cela les supercalculateurs les plus puissants de laplante et des centaines de chercheurs. Mais la mto etle climat ne sont plus les seuls domaines emblmatiquesdu calcul scientifique massif. De nombreuses disciplinessont consommatrices de supercalcul, souvent parce que lasimulation permet la pratique dexprimentations virtuellesdifficiles ou impossibles raliser autrement. Cest le cas duprojet europenHumain brain, qui compte sur la simulationpour optimiser le traitement des maladies neurologiques.La prparation du futur racteur de fusion nuclaire Iterexige des physiciens une pratique intensive de la physiquevirtuelle en attendant le prototype. Enfin, les astrophysiciensqui veulent comprendre la structure de lunivers laide de lasimulation ne travaillent pas directement pour notre confortfutur. En revanche, leurs travaux contribuent dfinir lessupercalculateurs de demain.

    Cest le projet de simulation le plus ambitieux jamaislanc. Celui de reproduire, sur ordinateur, la complexitdun cerveau humain. Il fait partie dHumain brain project(HBP), dot de 1 milliard deuros sur dix ans, et codirigpar lcole polythechnique fdrale de Lausanne (EPFL) etluniversit de Heidelberg (Allemagne). Objectif : lucider lefonctionnement de notre cerveau. Avec des retombes atten-dues en neurosciences, enmdecine et en informatique. Lesexpriences in silico [ndlr: dans la silice, soit aumoyendemodles informatiques] permettront aux neurochercheursdapprofondir leurs connaissances des fonctions crbrales.

    comprenDre lactivitcrbrale

    Lesmdecins pourront, eux, utiliser des simulations du cer-veau pour reconstituer desmaladies, rechercher leur origineet dfinir le bon traitement. Quant linformatique, qui joueun rle cl dans ces tudes, elle devrait profiter de nouvellesarchitectures dordinateurs qui rendraient alors ralisablesdes tches aujourdhui impossibles.Pour tous ces bnfices, le consortiumHBP (80 partenaires)a lanc plusieurs sous-projets en parallle. Le premierconsiste construire pas pas, en intgrant en continu lesdonnes issues de la recherche en biologie, une plate-formelogicielle qui simule la structure et le comportement duncerveau, en recourant aux supercalculateurs. Le but estdidentifier les architectures neuronales responsables defonctions spcifiques et de faire le lien entre cesmcanismeset certaines maladies neurologiques ou psychiatriques. LeHBP ne part pas de zro. Il marche sur les pas du projetBlue brain, men par lEPFL, qui a effectu en 2012 une si-mulation portant sur un million de neurones et un milliardde synapses. Soit lquivalent du cerveau dune abeille.Le nouveau programme se fixe pour premier objectif le de

    usco

    nso

    rtium;d

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  • enqutesspcial simulation

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    Des labos lapointeInstitute for advanced simulation, Jlich (Allemagne)School of computer science, universit deManchester (Royaume-Uni)Kirchhoff-Institut fr physik, universit de Heidelberg (Allemagne)

    un cube de 93milliards dannes-lumire de ct pour voir le big bang.

    86milliards !cest lenombrede neuronesquil faudramodliser pourreproduirele cerveauhumain.

    cerveau dun rat, soit 21 millions de neurones! Quant aucerveau humain, ce sont 86 milliards de neurones quilfaudra modliser Dans un premier temps, Le HBP devraitutiliser les supercalculateurs disponibles en Europe, avantde btir ses propresmoyens de calcul au centre de recherchede Jlich (Allemagne) : 50 petaflops pour 2017-2018, puisune machine exaflops (soit 1000 petaflops) prvue pour2021-2022. Dernire ambition du projet, la conception et laconstruction de deux ordinateurs dits neuromorphiques.Des machines dont le fonctionnement ne ressemblera enrien celui des calculateurs traditionnels, qui sont com-poss de processeurs et de mmoires, car elles tenterontde reproduire physiquement les rseaux de neurones ducerveau humain.

    Difficile daller plus loin. Le Dark energy universe simu-lation-Full universe run (Deus-FUR), projet pilot par lelaboratoire univers et thories (Luth), de lObservatoire deParis, a simul tout lunivers observable, du big bang nosjours. Et les chiffres laissent rveur. Les simulations rali-ses mettaient en jeu 550 milliards de particules, chacunedote dune masse quivalente celle de notre Galaxie,dans un cube de 93 milliards dannes-lumire de ct. Ceprogramme tente de rpondre une question fondamentalede la cosmologie: pourquoi lexpansion de lunivers est-elleen acclration? Selon cette thorie, 95% de lunivers estconstitu de composants invisibles, la matire et lnergienoires. Et cest cette mystrieuse nergie noire qui seraitresponsable de lexpansion acclre. Comprendre ce quelleest permettrait dapprhender la structure de lunivers (larpartition des galaxies), et inversement.Trois simulations ont t ralises, selon trois modlesdiffrents, sur le supercalculateur Curie du CEA. Au total,1,5 petaoctet de donnes a t engendr, quil sagit mainte-nant dinterprter. Les chercheurs veulent savoir quel est lemeilleur modle pour la comprhension de lnergie noire,et quelles seraient les consquences dune telle dcouvertesur la thorie cosmologique. Dautres laboratoires avaientauparavant effectu ce type de simulation, plus petitechelle, notamment au Korea institute for advanced studyet linstitut Max Planck dastrophysique (Allemagne). Auxtats-Unis, six laboratoires, pilots par lArgonne nationallaboratory, ont lanc, en mars 2013, un programme detrois ans qui traque lnergie noire laide de simulationssur les plus puissants ordinateurs disponibles.

    Dchiffrer la structureDe lunivers

    LusinenouveLLe i supplmentaun3372 i 10 avril 2014

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    Le cMiP5 permet de tester et de comparer les logiciels de prvision climatique.

    World

    clim

    ateres

    earch

    progr

    am

    continents, les ocans, la banquise et, bien sr, lhumainqui engendre des gaz effet de serre et des arosols. Cesmodles sont ensuite assembls, coupls, et assists par dessupercalculateurs pour produire des donnes sur lvolutiondes tempratures, des prcipitations Si le dveloppementdes diffrents modles se fait en ordre dispers (il en existeune quarantaine), les expertsmondiaux se sont en revanchemis daccord sur la faon de les tester. Ainsi, le programmeCoupled model intercomparison project (CMIP5) a permisde comparer les rsultats obtenus par tous ces modles surles mmes exercices de simulation.Deux systmes climatiques sont dvelopps en parallledans lHexagone, lun parMto France, lautre par lInstitutPierre-Simon Laplace (IPSL). Lobjectif gnral des tests com-paratifs est damliorer la fiabilit des rsultats de simulationet, terme, de faire converger les diffrents modles. Cestce qui se passe aujourdhui pour les phnomnes dcou-lements, rgis par les lois de la mcanique des fluides. Lesdifficults et les divergences sont bien plus vives quandil sagit de modliser dautres lments (transfert radiatif,chimie) ou pour ce qui se produit plus petite chelle, endessous du maillage choisi pour les calculs, qui dcoupelatmosphre en units de quelques dizaines de kilomtresde ct. Les testsmens dans le cadre du CMIP permettentdcarter certains modles jugs non pertinents pour tel outel phnomne, mais pas de dfinir le meilleur, prciseJean-Louis Dufresne, responsable du centre de modlisa-tion du climat de lIPSL. Toutes les quipes sefforcent derduire lincertitude qui pse sur le rsultat des simulations,mme si la nature chaotique du climat empche de lliminercompltement. Par ailleurs, les programmes de simulationeux-mmes doivent tre actualiss pour exploiter les nou-velles architectures dordinateursmassivement parallles.

    Des labos lapointeInstitut Pierre-Simon Laplace (France)Max Planck institut frmeteorologie (Allemagne)Hadley centre for climate prediction and research (Royaume-Uni)National center for atmospheric research (tats-Unis)Geophysical fluid dynamics laboratory, Princeton (tats-Unis)

    Toutes les quipes sefforcent doptimiser les codes decalcul pour les adapter aux ordinateurs qui vont les excuter.Dans des projets comme ceux-l, ce nest pas seulementun problme de puissance de calcul : il faut simultanmentse proccuper de la gestion de la mmoire et des donnes,des entres-sorties, explique Jean-Michel Alimi, direc-teur de recherche au CNRS, et responsable de Deus. Mais ildevient trs difficile de faire voluer un code quand on veutchanger la modlisation physique, ou quand il faut adapterle programme aux nouvelles architectures des supercalcu-lateurs. Aujourdhui, les chercheurs doivent concevoir descodes en prenant garde bien sparer la modlisation desaspects proprement informatiques. Par ailleurs, les rsultats

    de ces simulations doivent galement servir aux projetsdobservation spatiale, eux aussi en qute de lnergie noire.Quils soientmens partir de tlescopes terrestres, commela Dark energy survey, programme international lanc enseptembre 2013 au Chili, ou partir de satellites, commele projet Euclid de lAgence spatiale europenne, dont lelancement est prvu en 2020 par une fuse Soyouz.

    En septembre 2013, le premier volet du cinquime rapportdu Groupe dexperts intergouvernemental sur lvolutiondu climat (Giec) a confirm les prvisions sur le rchauffe-ment climatique jusqu la fin du sicle. Selon les scnariosenvisags, la hausse de temprature pourrait atteindre5 C, tandis que le niveau des ocans monterait de 25 cm presque 1mtre (pour la vision pessimiste). Limpactsignificatif des activits humaines sur cette volution a tconfirm. Ces conclusions sappuient sur les mesures etobservations ralises dans lemonde. Et sur des simulationsnumriques lchelle de la plante. Le dfi est mondial, etune vingtaine de groupes de recherche tentent de le relever.Les chercheursmettent au point desmodles physiques desdiffrents lments agissant sur le climat: latmosphre, les

    prvoir le changementclimatique

    Des labos lapointeLaboratoire univers et thories (Luth), Observatoire de Paris (France)Argonne national laboratory, dpartement de lnergie (tats-Unis)Max Planck Institut fr astrophysik (Allemagne)

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    Les modLes matriaux non Linairesdans La conception automobile avecZ-set software

    Les cycles thermiques appliqus aux culasses des moteurs automobiles gnrent unchamp de dformation plastique qui peut conduire lamorage de fissures.

    Renault etmontupet ont coopr avec Z-set software pour crer des outilsde modlisation robustes, permettant de prvoir leur apparition, le chemin depropagation et larrt ventuel, en prsence du chargement thermomcaniquecyclique. Ils sont utiliss au stade de la conception industrielle.

    Mieux connatre les efforts et les dformations au sein des pices critiques est une ncessit pour les quipementierset les constructeurs. Les gants de lindustrie automobilemontupet et Renault ont fait le choix du code Z-set pourleurs applications avances, lorsque le matriau sendommage, vieillit ou se fissure.

    Le process de downsizing conduit des lvations de temprature de fonctionnement desmoteurs.

    Les systmes dchappement deviennent donc des pices sensibles pour lesquelles il fautmaintenant raliser des prvisions prenant en compte les dformations plastiques. La durede vie est estime laide de modles spcialiss qui prennent en compte de faon simultaneleffet des cycles et des temps de maintien.

    Les alliages daluminium constituant les culasses subissent en fonctionnement destempratures proches de leurs conditions de traitement thermique initial.

    Les volutions de la microstructure qui en rsultent se manifestent par desdiminutions trs sensibles de la rsistance mcanique (jusqu 50% de variation).Ce processus est pris en compte dans des modles thermo-mtallurgiques, quiimpactent le comportement mcanique non linaire.

    www.zset-software.com Z-set est dvelopp au centre des matriaux mines paristech et loneRa.

  • enqutesspcial simulation

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    cea;u

    iuc

    Une avance dans la recherche contre le sida ! La structurede la capside, la coque qui protge le matriel gntique duvirus et souvre pour le librer dans une cellule, a pu treentirement reproduite par des chercheurs de luniversit delIllinois Urbana-Champaign (UIUC). Un assemblage de1300 protines, reprsentant 64 millions datomes. Cestlune des plus grandes simulations ralises au niveau desatomes. De cette capside, on ne connaissait que des parties,observes exprimentalement par tomographie, rsonancemagntique nuclaire lucider sa structure complte doitservir mieux comprendre lesmcanismes daction du viruset laborer de nouvelles techniques pour le combattre.Pour cela, les chercheurs ont d attendre la gnration desupercalculateurs dont la puissance dpasse le petaflops,tel lordinateur Blue waters du National center for super-computing applications (NCSA), lun des plus puissants aumonde. Lquipe amricaine a conu une simulation quisappuie sur les donnes exprimentales des composants dela capside pour construire le modle complet. En effet, lestudes prcdentes avaient rvl que les protines sorga-

    La structurechimiquede la capsidedu hiv a tdtermine laide delordinateurBlue waters.

    simuler les turbulences du plasma est possible avec le calculateur curie.

    Unmlange de noyaux atomiques et dlectrons, dont la tem-prature atteint 150 millions de degrs au centre et qui estparcouru de tourbillons Plusieurs quipes dans le mondetravaillent modliser le comportement de ce milieu horsnorme, savoir un plasma, dont lobtention est ncessairepour dclencher la raction de fusion entre le deutrium etle tritium, deux isotopes de lhydrogne. Cette raction sera

    nisaient sous forme dhexagones et de pentagones. Mais ilrestait dterminer la structure optimale pour la constructiondune coque ferme. Aujourdhui, notamment pour repro-duire des phnomnes dynamiques tels que la formationou le comportement de la capside, les chercheurs vont avoirbesoin dune plus grande puissance de calcul. Jusquici, ilsnont simul que des priodes de quelques microsecondes,alors que les processus biologiques concerns se droulentsur plusieurs secondes, voire des minutes

    Des labos lapointeDpartement de physique, universit UIUC, (tats-Unis)Dpartement de biologie structurale, universit de Pittsburgh,avec le National center for supercomputing applications (tats-Unis)

    Des labos lapointecea-inria (France)cole polytechnique fdrale de Lausanne (Suisse)Max Planck institute fr plasmaphysik (Allemagne)

    peut-tre la source dune nergie potentiellement infinie partir de 2040. Iter, le futur racteur exprimental de fusionnuclaire, est dj en construction Cadarache (Bouches-du-Rh