Les logiciels créés par nos chercheurs

Aerodynamics

  • Aerodynamics est un logiciel libre de simulation 3D d’écoulements turbulents compressibles et incompressibles
  • Le logiciel Aerodynamics utilise les modèles suivants :
    • RANS : Reynolds Averaged Navier-Stokes
      • Ce sont des modèles de turbulence statistiques qui permettent de calculer la partie moyenne d’un écoulement turbulent
    • RSM–GLVY
      • C’est un modèle RANS qui permet de faire des calculs très rapides. Cependant il ne calcule que la partie moyenne de l’écoulement, rendant donc impossible l’accès aux grandeurs instationnaires (indispensables pour l’aéroacoustique, par exemple)
    • RANS/LES
      • Ce sont des modèles hybrides permettant d’allier la rapidité des modèles RANS à la précision des modèles LES (Large Eddy Simulation), ce qui rend possible l’accès à toutes les grandeurs moyennes et instationnaires de l’écoulement
    • DNS : Direct Numerical Simulation
      • Cette méthode résout des équations de Navier-Stokes de manière exacte, et permet d’avoir accès à toutes les grandeurs moyennes et instationnaires de l’écoulement
      • Malgré tout, l’inconvénient est que cette méthode a besoin de maillages spatiaux et temporels tellement fins que seules des configurations académiques peuvent être simulées
  • Applications de recherche:
    • Tout type d’écoulement d’air compressible ou incompressible dans des configurations internes ou externes
      • Comparaison calculs/mesures des profils de vitesse au bord de fuite d’un profil d’aile
      • Simulation d’une entrée d’air générique d’un avion

Basilisk

  • Basilisk est un code pour la simulation d’écoulements multiphasiques, incompressibles ou compressibles, avec tension de surface, de fluides newtoniens ou non-newtoniens, ou d’électrohydrodynamique
  • Le code Basilisk permet de résoudre des équations différentielles partielles, modélisant des écoulements de fluides, sur des maillages cartésiens adaptatifs
  • Il est pressenti pour devenir la nouvelle version de Gerris. Ainsi, Basilisk est plus rapide et plus simple à programmer pour les utilisateurs, et permet d’incorporer plus de solveurs pour la résolution de systèmes d’équations aux dérivées partielles sur des maillages adaptatifs hiérarchiques, tout en étant massivement parallèle

Remontée de bulle dans un réservoir (logiciel Basilisk)

Remontée de bulle dans un réservoir (logiciel Basilisk)

Atomisation d’un jet liquide pulsé et apparition de goutelettes par effet de tension de surface (logiciel Basilisk)

Élévation des vagues lors d’une simulation du tsunami indien de 2004 (logiciel Basilisk)

FlHoward 3D

  • FLHOWARD3D est un logiciel qui permet la simulation numérique de la propagation d’ondes de choc acoustiques dans un milieu 3D hétérogène. Les hétérogénéités du milieu de propagation peuvent être dues à des gradients de vitesse du son ou à la présence d’écoulements cisaillés ou non.
  • Applications de recherche :
    • Le logiciel est principalement utilisable pour simuler la propagation d’ondes dans l’atmosphère dues à des sources anthropiques, comme la détonation balistique des avions supersoniques (bang sonique) ou le Buzz Saw Noise, ou naturelles comme le tonnerre. Mais le logiciel FlHoward peut aussi s’appliquer au contrôle non destructif ou encore pour la prédiction numérique des ultrasons médicaux.
    • Le logiciel a été appliqué notamment pour quantifier la variabilité du bang sonique d’une configuration d’avion hypersonique (Mach 5, projet européen ATLLAS II) en atmosphère turbulente. Les simulations nécessitant de l’ordre de 1012 degrés de liberté, justifient pleinement le recours au calcul HPC sur cluster.
  • Partant d’une équation des ondes acoustiques non linéaires étendue au cas d’un écoulement atmosphérique stratifié et turbulent valable dans la couche limite planétaire, une formulation de type « one-way » négligeant le champ rétrodiffusé a été implémentée numériquement sous forme massivement parallèle.

Freefem++

  • Freefem++ est un logiciel de résolution d’équations aux dérivées partielles par la méthode des éléments finis, adapté à la résolution de phénomènes multi-physiques non linéaires en 2D et en 3D, parallélisable sur plusieurs milliers de coeurs
    • Couplages standards : fluide + structure, structure + chaleur, fluide + chaleur
    • Couplages complexes : piezo-électricité + structure + diélectrique + chaleur, structure + chaleur + électromagnétisme
  • Freefem++ utilise un langage utilisateur naturel, afin de cacher la partie informatique profonde, ce qui en facilite l’apprentissage et l’utilisation
  • L’utilisateur a accès à l’algorithme et aux variables, et peut donc mieux maitriser le couplage des phénomènes physiques
  • Freefem++ résout les équations d’Helmholtz (acoustique) et Maxwell (électromagnétisme) en très grande dimension. Des avancées récentes quant aux pré-conditionneurs pour le calcul massivement parallèle permettent de traiter des problèmes indéfinis (valeurs propres non positives) de type Helmholtz et Maxwell pour la simulation de la propagation d’ondes dans des milieux dissipatifs ou pas, avec un milliard d’inconnues en 3D.
  • Une autre avancée concerne la résolution de problèmes de propagation d’ondes pour des maillages non structurés sur des géométries complexes et des milieux hétérogènes, grâce à un maillage adaptatif en fonction des longueurs d’onde et des caractéristiques des milieux de propagation hétérogènes, afin de mailler finement les zones d’intérêt et de relâcher le maillage sur les autres. Ceci rend possible une simulation avec une centaine de longueurs d’onde.
  • C’est un logiciel adapté au calcul parallèle, et qui résout des systèmes à plus d’un milliard d’inconnues en 3 minutes sur la machine Curie Thin Node@CEA (6144 coeurs de 4Go de mémoire chacun)
  • Les applications sont multiples :
    • Écoulement soumis à un gradient de température évoluant dans une géométrie complexe (fabrication du verre, injection de plastique dans des moules)
    • Propagation de la chaleur dans la peau soumise à un rayonnement laser
    • Propagation acoustique pour le secteur pétrolier (ondes de pression)
    • Élasto-dynamique pour le secteur pétrolier (prise en compte des ondes de cisaillement pour davantage de précision dans la caractérisation des matériaux et dans l’estimation de la forme des couches sédimentaires)
    • Propagation dans les réseaux optiques

Évolution de la dynamique d'absorption de l'eau par le système racinaire d'un plant de maïs de 20 jours dans un scénario d'un sol séchant (à gauche : écoulement de l'eau dans le sol près des racines ; à droite : distribution du potentiel d'eau dans le sol dans une vue transversale)

Gerris

  • Gerris est un code open source (licence GPL) de simulation numérique d’écoulements multiphasiques incompressibles par méthode VoF sur maillages adaptatifs hiérarchiques
  • Le code Gerris permet de résoudre des équations à dérivées partielles décrivant les écoulements de fluides, et qui peuvent avoir les caractéristiques suivantes :
    • Équations de Navier-Stokes, Stokes, d’Euler (densité variable, incompressible et dépendant en temps)
    • Équations linéaires et non linéaires en eau peu profonde
    • Méthodes numériques du second-ordre en espace et en temps
  • Les points forts de Gerris
    • Raffinement adaptatif du maillage : la résolution locale du maillage est adaptée de manière dynamique aux caractéristiques de l’écoulement
    • Génération de maillage de manière entièrement automatique pour les géométries complexes
    • Implémentation flexible de modèles additionnels définis par l’utilisateur : rhéologies, modèles de turbulence, termes réactifs, …
    • Résolution parallélisable en utilisant les méthodes MPI (Message Passing Interface), équilibrage dynamique de la charge, visualisation parallèle hors ligne
    • Procédé d’advection de volume de fluide (VOF) pour les écoulements interfaciaux
    • Modélisation précise de la tension de surface
    • Modélisation de phénomènes électro-hydrodynamiques : cônes de Taylor, électro-atomisation
  • D’autres applications de Gerris : http://gfs.sourceforge.net/wiki/index.php/Bibliography

PARIS Simulator (PArallel Robust Interface Simulator)

  • PARIS Simulator est un logiciel open source (licence GNU GPL) pour la résolution d’écoulements multi-phasiques (CMFD), et simule des écoulements de fluides interfaciaux : gouttes, bulles, vagues
  • PARIS Simulator combine :
    • Une méthode de modélisation de fluide à surface libre (Volume-Of-Fluid) qui localise et suit la surface libre (interface fluide-fluide), avec un maillage qui s’adapte à l’évolution de la forme de l’interface
    • Une méthode de Front-Tracking qui suit explicitement la surface libre par des marqueurs connectés, et traite les différentes phases (liquide, gaz) comme un seul fluide avec des propriétés physiques variables. Les équations de Navier-Stokes sont résolues par une méthode conventionnelle de volume fini sur un maillage fixe et structuré
  • Dans sa version VOF, le logiciel utilise la méthode de fonction de hauteur (Height-Function) combinée avec la Balanced Continuous Surface Force pour calculer les forces de tension capillaire de surface. Il simule des écoulements complexes, comme des jets d’atomisation rapide ou les écoulements multiphasiques dans les roches à l’échelle des pores, et a une option de particules ponctuelles lagrangiennes
  • PARIS Simulator est écrit en Fortran 90/95/2003, et est massivement et parallélisable (testé et efficace jusque à 30.000 cœurs) en utilisant la librairie MPI (Message Passing Interface) et la décomposition de domaines.

Tinker-HP

Tinker-HP est un logiciel intégrant une méthode polarisable massivement parallèle de dynamique moléculaire, qui permet de traiter des molécules ayant plusieurs millions d’atomes. Il a été conçu pour fonctionner en parallèle sur des milliers de cœurs de manière optimale. Une de ses applications peut être la mesure de l’activité d’un médicament par le calcul de l’énergie de liaison entre une molécule et une protéine.