A l’occasion de l’Université du Système d’Information, un événement organisé en juin 2012 à l’initiative du cabinet de conseil Octo Technology, Christophe Durand, chef de projet « Simulation pour la mécanique » chez EDF, a présenté les principaux usages de la simulation numérique.
Là où l’analyse prédictive, dans une logique empirique, s’appuie sur des données existantes pour prédire à l’aide de modèles statistiques quel sera le comportement d’un système ou d’un utilisateur, la simulation numérique élabore un modèle physique virtuel pour tester différentes hypothèses, dans une démarche plutôt expérimentale. Dans plusieurs domaines, comme la prévention des risques industriels, ces deux approches sont complémentaires.
La simulation numérique permet d’adresser trois grands types d’enjeux :
- Virtualiser les tests et les expériences
Le premier enjeu est la conception et l’optimisation des futurs produits. L’illustration-type est la Conception Assistée par Ordinateur (CAO), qui permet de réduire les coûts et les délais d’élaboration de nouveaux produits dans des secteurs comme l’industrie automobile. La simulation numérique permet alors de trouver la meilleure solution parmi le champ des possibles. Elle aide à prédire le comportement des différents prototypes dans le monde physique, sans nécessairement passer par l’étape de construction, longue et vite coûteuse.
Le second type d’enjeu est de comprendre et de prévoir. Les usages du groupe EDF s’inscrivent dans cette catégorie. En effet, pour le fournisseur d’énergie, il s’agit de travailler sur des structures existantes. Comme le précise Christophe Durand, « EDF est exploitant de grands systèmes productifs comme des centrales, des barrages ou des éoliennes ».
Dans ce cas la simulation répond à la fois à des objectifs permanents, comme de garantir la sécurité, d’optimiser coûts et performances ou d’assurer efficacement la maintenance, qu’à des objectifs variables : estimer les conséquences d’événements imprévus, prendre en compte le vieillissement des systèmes ou de nouvelles conditions d’exploitation.
- Prédire les risques
La simulation numérique peut être utilisée pour répondre à la question « que se passe-t-il si … ? », souvent dans des conditions où la vérification par l’expérience n’est pas possible, par exemple pour estimer les conséquences d’un séisme ou d’un attentat sur une centrale nucléaire.
Elle permet également d’extrapoler, pour évaluer l’évolution d’un phénomène dans l’espace (par exemple un tsunami) ou dans le temps (par exemple l’enfouissement profond des déchets à Haute Activité et durée de Vie Longue). Enfin, la simulation peut permettre de tester une hypothèse qui n’a pas été prise en compte lors de la construction des infrastructures, pour mesurer par exemple la résistance d’un bâtiment face à une tempête plus forte que celles qui avaient servi de référence à la conception.
- La réalité virtuelle
Il existe un troisième usage, moins répandu dans le monde professionnel, qui est celui de la réalité virtuelle. Il s’agit alors de reproduire dans un environnement virtuel les lois physiques pour le rendre aussi « réaliste » que possible. Le célèbre jeu Tetris a ainsi été revu pour prendre en compte les principes physiques liés aux chocs et aux frottements.
Industriels et chercheurs sont nombreux aujourd’hui à s’appuyer sur la simulation numérique pour répondre aux enjeux de leur métier ou pour les aider dans leurs domaines de recherche. Toutefois, « il ne faut pas oublier qu’un modèle numérique est faux par définition, il édulcore nécessairement la réalité », rappelle Christophe Durand. Si la simulation permet d’affiner notablement les prédictions, « il ne faut pas lui faire dire plus que ce qu’autorisent les hypothèses et les modèles ».
Dans le cas d’EDF, le champ à modéliser est complexe : il faut prendre en compte de multiples domaines de la physique (thermodynamique, chimie, physique des matériaux…) et de multiples échelles, depuis la structure moléculaire du béton jusqu’à l’architecture globale du bâtiment, en passant par l’armature métallique. Néanmoins, même un modèle simplifié permet d’obtenir des résultats pertinents et exploitables pour les 250 utilisateurs internes. Pour améliorer et enrichir ses modèles, EDF a par ailleurs choisi de partager en open source une grande part de ses codes de calcul, sur le site Code Aster.