La triple complexité de l’ informatique scientifique

Mathematics background with formulas

L’ informatique scientifique fait peu parler d’elle et pourtant ! Elle fait appel à des problématiques scientifiques de pointe dans le cadre de projets passionnants de grande envergure dont les enjeux scientifiques, économiques et sociétaux sont considérables.

________Elle est aujourd’hui omniprésente dans de nombreux domaines. On pense naturellement au monde de l’industrie et à la recherche où elle reste incontournable, mais aussi aux secteurs de l’énergie, de la santé ou de l’environnement. En effet, l’ informatique scientifique est devenue un outil d’aide à la décision indispensable en matière de compétitivité industrielle ou pour faire face à des situations critiques diverses : de la prévention de catastrophes naturelles, tels les séismes, à la propagation des gradients de température dans une chambre de combustion, en passant par l’étude des mécanismes de production de l’aluminium ou la simulation numérique de situations de stockage et d’entreposage de déchets radioactifs.

Qu’est-ce que l’ informatique scientifique ?

________C’est la prédiction d’un comportement de tout ou partie d’un système tel qu’un avion, une automobile, des systèmes propulsifs, des dispositifs de production ou de stockage d’énergie… En recourant à l’ informatique scientifique, les entreprises visent à concevoir, développer et optimiser ces systèmes en diminuant au mieux la production et les tests de prototypes. Ainsi les coûts et les cycles de développement sont réduits, atout essentiel dans un monde concurrentiel où l’innovation est bien souvent la clé de la réussite.

________L’ informatique scientifique est donc une aide à la conception : la réponse numérique aux besoins techniques faisant appel à des notions scientifiques très pointues (physique, neutronique, mécanique des fluides…). La maîtrise de tous ces aspects requiert un travail par essence interdisciplinaire, reposant sur la connaissance d’un domaine applicatif, des savoir-faire en simulation numérique, en modélisation et en exploitation de l’outil informatique. L’ informatique scientifique ne peut être développée que par des ingénieurs hautement qualifiés et aux compétences multiples reposant notamment sur le triptyque suivant : la connaissance de la physique pour comprendre les phénomènes mis en jeu et leur modélisation effective; la connaissance des mathématiques appliquées pour proposer des schémas numériques précis, stables et consistants; et la connaissance de l’informatique pour la production de logiciels de haute qualité utilisant les technologies les mieux adaptées et aptes à produire les résultats attendus dans les délais les plus courts possibles.

Schéma Andra informatique scientifique Astek________A titre d’exemple, pour l’ANDRA, Astek intervient sur la plateforme logicielle CASSANDRA qui intègre les différents outils de simulation utilisés pour le stockage souterrain des déchets radioactifs. L’ANDRA est un établissement public industriel et commercial chargé de la gestion de l’ensemble des déchets radioactifs en France et du pilotage des recherches sur leur gestion et leur exploitation dans le but de protéger sur le long terme l’environnement et l’homme de leurs impacts. Afin de calculer la durée de vie des déchets radioactifs, il est essentiel de prendre en compte des phénomènes multiples qui interviennent en parallèle (caractérisation du milieu géologique, nature des déchets et des maté­riaux qui seront utilisés pour leur stockage et pour les ouvrages souter­rains, interactions chimiques et mécaniques entre ces différents constituants) et il est donc capital pour l’ANDRA de disposer de moyens de simulation toujours plus performants.

30 ans d’expérience métier

________Les besoins clients sont aussi variés que les défis technologiques auxquels ils sont confrontés dans leurs domaines respectifs. C’est la raison pour laquelle l’ informatique scientifique se veut sur-mesure. Bien qu’il y ait plusieurs acteurs sur le marché actuel, peu possèdent la solide expertise acquise par Astek ces trente dernières années avec un souci constant de mettre à disposition des outils originaux sinon uniques, permettant une meilleure compréhension des phénomènes physiques et la production des informations pertinentes non directement exploitables en bureau d’études pour l’aide à la décision.

Coupe graphique informatique scientifique Astek________Ainsi pour Safran, nous avons développé un outil de simulation numérique multi physique utilisé pour la conception des chambres de combustion et capable de prendre en compte de nombreux phénomènes (injection et transport de kérosène sous forme liquide, modèles de combustion spécifiques, modèle de turbulence haut et bas Reynolds, …).

________Pour Engie, nous mettons à disposition une expertise calcul et métier sur des outils utilisés pour caractériser les différents types de gaz naturel ou encore sur les outils de simulation de la distribution du gaz afin de simuler les conséquences d’une panne ou simuler les conséquences d’un coup de froid sur le réseau.

La convergence des univers

________Les technologies et les capacités de calculs évoluent ce qui permet de modéliser avec une meilleure précision des systèmes toujours plus complexes et importants. Les nouvelles versions de codes à la base des outils de calculs intègrent davantage de dimensions, notamment le temps. Par exemple, certains outils sismiques génèrent en continu des flux de données pour émettre des alertes. Autant d’éléments qui posent le problème de traitement et de visualisation d’un nombre grandissant de masses de données qu’il faut structurer, analyser et rendre intelligible.

________Comme l’affirme le CNRS dans son livre blanc sur le calcul intensif : « L’exploitation de ces masses de données (le « Big Data »), qui est depuis peu considérée comme le quatrième pilier de la science moderne (le troisième étant la simulation), est devenue un challenge majeur ». On assiste progressivement à la convergence de l’ informatique scientifique avec l’univers du Big Data où l’algorithmie et les outils analytiques développés récemment joueront un rôle déterminant dans l’évolution de l’ informatique scientifique.

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