Centrale Nantes et Nextflow Software veulent démocratiser la simulation numérique

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Le mathématicien Thierry Coupez, au cœur du supercalculateur de l'Institut Calcul Intensif de l'Ecole Centrale de Nantes.
Le mathématicien Thierry Coupez, au cœur du supercalculateur de l'Institut Calcul Intensif de l'Ecole Centrale de Nantes. (Crédits : Frédéric Thual)
Au lendemain de l'acquisition d'un supercalculateur dernier cri, Centrale Nantes crée une chaire internationale de recherche en hydrodynamique en partenariat avec Bureau Veritas, sa filiale Hydrocéan et la startup Nextflow Software. Trois objectifs : 1) accroître les performances du navire du futur et sa sécurité; 2) démocratiser la simulation numérique; et 3) doper la R&D ligérienne.

Niché dans les entrailles de Centrale Nantes, il ressemble comme deux gouttes d'eau à un datacenter. Avec ses 6.000 coeurs -qui passeront rapidement à 10.000-, c'est le dernier-né de la douzaine de "mesocentres" implantés en France. "Si l'outil nantais n'est pas le plus important au regard  des 80.000 cœurs du supercalculateur de Toulouse, ou des 100.000 cœurs de l'IGCC du CEA, compte tenu de l'obsolescence programmée à trois à quatre ans par la loi de Moore, c'est aujourd'hui l'outil de calcul intensif le plus performant de France", assure le mathématicien Thierry Coupez, spécialisé en topologie algébrique et géométrie non euclidienne -en d'autres termes, dans le "maillage adaptif", une technique à base de formes plus ou moins complexes utilisées pour affiner des opérations de modélisation.

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Exemple de simulation aérodynamique pour déterminer les efforts d'ancrage et les risques d'explosion.

Un outil à rentabiliser

Issu de l'Ecole des Mines de Paris, cet enseignant-chercheur de renommée internationale n'est pas arrivé là par hasard. Il a répondu à un appel d'offres lancé par la région des Pays de la Loire pour créer et développer l'Institut de Calcul Intensif, au sein de Centrale Nantes, et participer au renforcement de la R&D sur le territoire ligérien, plutôt en retard dans ce domaine. 2,5 millions d'euros ont été investis par la collectivité et Centrale Nantes pour acquérir cet équipement."Rien qu'avec cet outil, on passe de la dernière à la première place", résume Thierry Coupez, suivi par deux de ses co-équipiers du Cemef (Centre de mise en forme des matériaux) de Mines Paris-Tech à Sophia Antipolis. "L'équipe spécialisée dans le maillage adaptif compte actuellement une dizaine de personnes dont quatre thésards. Nous devrions rapidement grimper à 15 ou 20 personnes", explique Thierry Coupez, attelé à la production de logiciels calés sur des modèles mathématiques complexes autour de la mécanique des fluides pour exploiter au mieux les capacités et les heures de calcul offertes par la machine. C'est tout l'enjeu. Car si, depuis une vingtaine d'années, les grands groupes externalisent la R&D plutôt que d'investir dans des équipements rapidement obsolètes, les chercheurs doivent parvenir à faire payer leur heures de calcul, dont le coût avoisine les 4 à 5 centimes de l'heure et par coeur.

Une coopération pour dix ans

Financé par l'industrie et la recherche académique, le supercalculateur nantais pourrait ainsi trouver son équilibre financier.   "Car, après cette acquisition se posait la question de rebondir sur la simulation numérique", reconnait Arnaud Poitou, directeur de Centrale Nantes.  Il n'aura, cependant, pas fallu attendre très longtemps pour que le supercalculateur produise ses effets. L'école d'ingénieurs nantaise et l'organisme de certification Bureau Véritas, repreneur en septembre dernier de la start-up nantaise Hydrocean, née dans le giron de l'Ecole centrale en 2007, viennent d'annoncer la création d'une chaire internationale de recherche en hydrodynamique et Sstructures marines pour accroître la sécurité et les performances des navires, en général et du futur, en particulier. Un programme de recherche ambitieux financé à hauteur de 7,5 millions€ au gré d'une coopération annoncée pour dix ans.  "On fait face aujourd'hui à une véritable révolution avec des mesures en temps réels des navires, des systèmes de calcul de plus en plus complexes. En quinze ans, nous sommes passés du balbutiement à une réalité. ", témoigne Erwan Jacquin, fondateur d'Hydrocéan spécialiste en hydrodynamique et simulation numérique pour les filières navale, offshore, nautisme et énergies marines. "Pour nous, par exemple, dans le cas d'une optimisation de formes de carène, on va déformer une carène pour réduire sa consommation d'énergie. Cette opération  demande des milliers de calculs. Avec un petit calculateur, on va mettre trois mois pour répondre au client, avec les outils actuels on va mettre trois semaines. Avec le calculateur de l'Ecole Centrale de Nantes, on va mettre plutôt trois jours! Donc, on va être capable de donner une réponse dans des délais très courts."

Réduire les temps de calculs complexes

Historiquement spécialisé dans l'évaluation de la conformité des navires, Bureau Veritas a vu ses métiers évoluer. "Les tendances liées aux économies d'énergie ont fait émerger de nouveaux besoins tant dans le design que dans la réduction de la consommation d'énergie", explique Philippe Donche-Gay, président de la division Marine et Off-shore de Bureau Veritas, pour justifier la reprise d'Hydrocéan et son implication dans la chaire montée avec Centrale Nantes. "Face à l'importante concurrence des sociétés de classification japonaise et norvégienne, il est essentiel que la France capitalise sur ses points forts", ajoute-t-il, précisant que Bureau Veritas investit chaque année 4% à 6% de son chiffre d'affaires en R&D. "Que ce soit pour la sécurité humaine ou environnementale, la réduction de la consommation des navires et des risques de pollution, les outils de simulation numérique prennent une place de plus en plus importante. Ce nouveau calculateur va permettre de multiplier les échelles de calcul en temps et en espace et d'accélérer les temps de simulation. On va par exemple pouvoir simuler des ancrages ou  des déplacements de navires dans des mers formées qui nécessitent de marier des codes de calculs complexes", explique David Le Touzé, professeur à l'Ecole Centrale de Nantes et responsable de la chaire. L'enjeu est de pouvoir rapidement valider une simulation, d'aujourd'hui, quelques minutes, à quelques jours voire une année pour affiner encore plus les résultats.

Nextflow veut mettre la simulation numérique à la portée de tous

Si ces calculs sont de plus en plus complexes, leur automatisation devra, en revanche, les rendre de plus en plus simples à manipuler. C'est un des enjeux de la chaire car les freins de la simulation numérique concernent les importants coûts humains qu'ils imposent de mettre en œuvre. C'est aussi l'un des objectifs de la start-up Nextflow software née dans le giron d'Hydrocéan, officialisée le 1er janvier dernier.  "Pour développer la simulation numérique, il y a deux pré-requis; la première, c'est la puissance de calcul, maintenant c'est acquis, la deuxième, ce sont les logiciels", indique Erwan Jacquin, fondateur de Nextflow Software, créateur de logiciels orienté sur la mécanique des fluides pour la navale, l'off-shore, les énergies marines, l'automobile, l'aérospatiale.... "L'idée , c'est de monter une plateforme de simulation où l'on va packager les outils (logiciels, licences...) pour rendre l'accès à ces moyens de calculs complètement transparents pour l'utilisateur.  En général, dès le moment où vous avez un calculateur avec une centaine de cœurs, il vous faut un ingénieur système, une climatisation, du courant électrique stabilisé... ça devient très compliqué. Avec Nextflow, on veut proposer une offre adaptée pour rendre accessible ce moyen de calcul". Aux grands groupes industriels comme Renault,  Michelin, Eurocopter, STX, DCNS, etc., mais aussi pour les ETI ou PME régionales, désireuses par exemple de mesurer la pertinence d'un design.

Pour ces dernières, deux projets de R&D seraient en cours pour simplifier et automatiser les outils de calcul en les mettant sur le Cloud. "Un client occasionnel comme un architecte naval qui mène un ou deux projets dans l'année pourra se connecter via une interface simplifiée. Il y retrouvera les outils de calculs et aura une facturation par rapport à son utilisation." L'idée étant d'arriver à un mode Saas ou Cloud. "On voudrait adapter ce que l'on rencontre sur des applications simples à des ressources plus compliquées où l'ingénierie  et  la simulation numérique sont un peu plus gourmandes en temps de calcul", précise Erwan Jacquin. L'aventure démarre. "Ce qui est certain, c'est que l'on a maintenant tous les atouts en mains; du temps de calcul, des logiciels, des licences, des services, de l'expertise. C'est quelque chose d'assez unique..." De fait, en regroupant un ensemble de compétences sur le site de l'Ecole Centrale de Nantes, l'opération se veut exemplaire des rapprochements et coopérations possibles entre grands groupes industriels, recherche académique et startups.

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