Le calcul scientifique et la simulation numérique

La simulation numérique nécessite de puissants ordinateurs, car ces calculs sont trop complexes pour l’homme. Explications avec les experts, dans ce nouvel épisode de Science Loop sur la simulation numérique.

Qu’est-ce que la simulation numérique ?

La simulation numérique est la reproduction d’un phénomène sur ordinateur en cinq étapes :

1. La réalité : en commençant par observer ce que l’on connait du phénomène que l’on veut simuler. Quelles sont les lois physiques qui s’appliquent ? (La vitesse, la masse, température)
2. La modélisation : elle permet de traduire les lois de la physique observées à l’étape 1, en équations mathématiques. Cette méthode permet de vérifier que tous les paramètres du phénomène à étudier, sont pris en compte et de déceler les erreurs.
3. La résolution numérique et programmation : cette étape permet de résoudre les équations trop complexes pour un être humain et parfois même pour un ordinateur. Cette étape est complétée de la discrétisation qui permet de remplacer quelque chose de continu par quelque chose de morcelé, afin de le traduire en une série d’équations que l’ordinateur va pouvoir calculer.
4. L’exécution de simulations : l’ordinateur calcule tout et présente les résultats, qui sont généralement de très grande quantité de données.
5. L’expérimentation : cette étape permet de vérifier que l’on colle au plus près à la réalité physique. Il faut alors faire varier les paramètres et lancer des simulations pour réduire au maximum l’écart entre le modèle numérique du phénomène et le vrai phénomène.

Le TGCC, le très grand centre de calcul du CEA

La simulation numérique demande des ordinateurs surpuissants, le CEA héberge deux types d’entités :

• Le calculateur Joliot Curie et son environnement pour la recherche académique.
• La deuxième entité est le Centre de Calcul Recherche et technologique, ouvert à des organismes académiques et à des partenariats industriels.

Quels sont les domaines qui utilisent le calcul numérique ?

• Les chercheurs en sciences du climat ont utilisé les simulations numériques pour le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat).
• Les biologistes utilisent le calcul numérique pour leur permettre de prédire l’interaction des molécules.
• Les simulations concernent l’infini grand comme l’astrophysique, où l'on ne peut pas faire d'expériences.