{"id":4011,"date":"2019-03-01T15:02:31","date_gmt":"2019-03-01T14:02:31","guid":{"rendered":"http:\/\/blogacabdx.ac-bordeaux.fr\/ressii\/?page_id=4011"},"modified":"2020-04-11T13:30:39","modified_gmt":"2020-04-11T11:30:39","slug":"modelisation-multiphysique","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/ent2d.ac-bordeaux.fr\/disciplines\/sti-lycee\/modelisation-multiphysique\/","title":{"rendered":"Mod\u00e9lisation multiphysique…"},"content":{"rendered":"

…ou comment mod\u00e9liser la complexit\u00e9 !<\/em><\/span><\/h2>\n

\"\"Voir comment mod\u00e9liser avec MATLAB-Simulink :<\/em> \u00a0<\/span>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/a><\/h2>\n

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\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0<\/a><\/h2>\n

Sauter l’\u00e9tape des prototypes en conception implique de disposer de solutions de simulation capables de prendre en compte tous les ph\u00e9nom\u00e8nes physiques mis en oeuvre dans un syst\u00e8me.<\/strong><\/span><\/h2>\n

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Extrait d’un article de l\u2019usine nouvelle N\u00b03185<\/em><\/p>\n

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La r\u00e9alit\u00e9 industrielle est complexe !\u00a0 Autant de domaines et d’applications qui font jouer simultan\u00e9ment plusieurs physiques : m\u00e9canique, hydraulique, acoustique, \u00e9lectricit\u00e9, magn\u00e9tisme, chimie, voire biologie. Chacune a ses lois et ses mod\u00e8les de simulation, pour la plupart bien ma\u00eetris\u00e9s … mais ind\u00e9pendants les uns des autres. Pourtant, en toute rigueur technologique, il faudrait, d\u00e8s la construction du mod\u00e8le, consid\u00e9rer les couplages multiphysiques et r\u00e9aliser des simulations tenant compte des interactions et des couplages entre les physiques.<\/span><\/p>\n

Simple \u00e0 dire, plus difficile \u00e0 mettre en oeuvre, tant pour des raisons de conception d’algorithmes et de disponibilit\u00e9 de puissance de calcul, qu’\u00e0 cause de la raret\u00e9 des comp\u00e9tences crois\u00e9es chez les ing\u00e9nieurs menant ces simulations.<\/span><\/p>\n

\u00ab L’industrie d\u00e9veloppe donc des couplages forts, c’est-\u00e0-dire des algorithmes int\u00e9grant des param\u00e8tres de physiques diff\u00e9rentes dans un m\u00eame mod\u00e8le, ou des mod\u00e8les qui optimisent l’\u00e9change des donn\u00e9es entre solveurs \u00bb, explique Fran\u00e7ois Costes, le d\u00e9l\u00e9gu\u00e9 pour la France de l’association scientifique Nafems…<\/span><\/p>\n<\/blockquote>\n

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Extrait: article \u00ab\u00a0Multiphysique, une discipline pour mieux pr\u00e9dire et\u00a0comprendre les\u00a0ph\u00e9nom\u00e8nes\u00a0complexes\u00a0\u00bb, 01 mars 2017 <\/strong><\/span>Auteur: Florent Duchaine\u00a0 <\/span><\/em>Chercheur senior, dynamique des fluides num\u00e9rique, multiphysique, Cerfacs<\/em><\/p>\n

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Multiphysique, une discipline pour mieux pr\u00e9dire et\u00a0comprendre les\u00a0ph\u00e9nom\u00e8nes\u00a0complexes …<\/span> <\/strong><\/span><\/h1>\n

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L\u2019explication de la plupart des ph\u00e9nom\u00e8nes, qu\u2019ils soient naturels ou provoqu\u00e9s, font intervenir de nombreuses branches de la physique\u00a0: on qualifie de \u00ab\u00a0multiphysique\u00a0\u00bb un mod\u00e8le dont le comportement d\u00e9pend de diff\u00e9rents domaines des sciences physiques\u00a0: m\u00e9caniques, thermiques, chimiques, \u00e9lectromagn\u00e9tiques, etc. Leur \u00e9tude passe souvent par une d\u00e9composition en monophysiques, plus simples \u00e0 analyser, avant d\u2019\u00eatre parfois consid\u00e9r\u00e9s sous un angle plus global.<\/span><\/p>\n

Cette mani\u00e8re d\u2019agir est ancr\u00e9e dans nos sch\u00e9mas intellectuels et r\u00e9sulte d\u2019une volont\u00e9 de simplifier des ph\u00e9nom\u00e8nes d\u00e9j\u00e0 tr\u00e8s complexes pris s\u00e9par\u00e9ment. Ainsi, les enseignements consid\u00e8rent des disciplines bien \u00e9tablies telles que l\u2019\u00e9lectronique, la thermique, la m\u00e9canique des milieux continus, la chimie, l\u2019optique ou encore le magn\u00e9tisme. Les math\u00e9matiques lient entre elles ces disciplines. Elles apportent un support \u00e9l\u00e9gant et efficace \u00e0 la r\u00e9solution de probl\u00e8mes mis en \u00e9quations.<\/span><\/p>\n

Les limites entre ces disciplines relevant de la physique sont souvent difficiles \u00e0 cerner. Il arrive que l\u2019on puisse isoler un m\u00e9canisme physique pr\u00e9pond\u00e9rant pour l\u2019analyse d\u2019un syst\u00e8me\u00a0: le comprendre permettra d\u2019optimiser un dispositif. C\u2019est le cas par exemple en m\u00e9canique des fluides pour la pr\u00e9vision des performances a\u00e9rodynamiques d\u2019une voiture ou encore d\u2019une voilure d\u2019avion o\u00f9 seules les \u00e9quations repr\u00e9sentant le mouvement de l\u2019air sont consid\u00e9r\u00e9es.<\/span><\/p>\n

Dans beaucoup d\u2019autres situations, au moins une physique est pr\u00e9pond\u00e9rante et d\u2019autres ph\u00e9nom\u00e8nes y sont fortement attach\u00e9s. Les influences peuvent \u00eatre mono-directionnelles ou pluri-directionnelles. La combustion dans les moteurs de voiture ou dans ceux \u00e9quipant les h\u00e9licopt\u00e8res et les avions est un bon exemple. Les \u00e9coulements d\u2019air et de carburant ainsi que les r\u00e9actions chimiques de combustion sont fortement li\u00e9s. Les deux s\u2019influencent mutuellement et il est donc n\u00e9cessaire de les \u00e9tudier de fa\u00e7on conjointe. Par ailleurs, ces \u00e9coulements r\u00e9actifs sont tr\u00e8s chauds et influent sur les temp\u00e9ratures des parois environnantes. Que ce soit dans l\u2019automobile ou l\u2019a\u00e9ronautique, il est n\u00e9cessaire de refroidir les parois afin d\u2019assurer que les \u00e9l\u00e9ments solides ne fondent pas sous l\u2019effet de ces contraintes thermiques extr\u00eames.<\/span><\/p>\n

La conception des moteurs demande donc d\u2019\u00e9tudier l\u2019a\u00e9rodynamique, la chimie et les transferts thermiques dans les solides. Dans certaines conditions, la r\u00e9troaction des temp\u00e9ratures de paroi sur les \u00e9coulements r\u00e9actifs est faible et peut \u00eatre n\u00e9glig\u00e9e par les concepteurs. Toutefois, dans les syst\u00e8mes o\u00f9 les flammes sont proches des parois, les interactions sont alors importantes. C\u2019est le cas dans les moteurs de voiture o\u00f9 une temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e d\u2019une paroi peut provoquer un auto-allumage local non d\u00e9sir\u00e9. Si ce ph\u00e9nom\u00e8ne se produit de nombreuses fois, il peut mener \u00e0 l\u2019usure pr\u00e9matur\u00e9e du moteur voir \u00e0 sa destruction. Conna\u00eetre pr\u00e9cis\u00e9ment la temp\u00e9rature des parois est donc un enjeu important pour les concepteurs d\u2019une part pour s\u2019assurer de la bonne dur\u00e9e de vie des \u00e9l\u00e9ments (non d\u00e9t\u00e9rioration par la chaleur) et d\u2019autre part du bon fonctionnement des syst\u00e8mes (flamme localis\u00e9e au bon endroit).<\/span><\/p>\n

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Les simulations multiphysiques<\/span><\/strong><\/span><\/h2>\n

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Aujourd\u2019hui, dans les phases de conception, les ing\u00e9nieurs utilisent le calcul scientifique qui permet, gr\u00e2ce \u00e0 des codes de simulation, de pr\u00e9dire le comportement de syst\u00e8mes. Issus de sp\u00e9cialistes dans des disciplines donn\u00e9es, ces codes de calcul traitent g\u00e9n\u00e9ralement un nombre restreint de physiques. Pr\u00e9dire num\u00e9riquement ces ph\u00e9nom\u00e8nes coupl\u00e9s requiert donc d\u2019apprendre \u00e0 faire \u00ab\u00a0rediscuter\u00a0\u00bb les physiques que l\u2019on a s\u00e9par\u00e9s. Ce constat est valable autant pour les ing\u00e9nieurs sp\u00e9cialis\u00e9s dans les divers domaines que pour les codes de calcul eux-m\u00eames. On parle alors de simulations multiphysiques.<\/span><\/p>\n

Pour concevoir de tels logiciels, deux grandes approches sont utilis\u00e9es. La premi\u00e8re consiste \u00e0 \u00e9crire un nouveau code qui permet la r\u00e9solution jointe de tous les ph\u00e9nom\u00e8nes \u00e0 consid\u00e9rer. Bien que tr\u00e8s efficace si elle est bien r\u00e9alis\u00e9e, cette m\u00e9thode est souvent peu \u00e9volutive et ne permet pas de b\u00e9n\u00e9ficier int\u00e9gralement des avanc\u00e9es r\u00e9alis\u00e9es dans les communaut\u00e9s scientifiques sur les m\u00e9thodes les plus optimales pour r\u00e9soudre les \u00e9quations des physiques. De plus, de tels red\u00e9veloppements ne b\u00e9n\u00e9ficient pas des efforts men\u00e9s dans les laboratoires et chez les industriels pour valider les codes et gagner en maturit\u00e9 sur leur utilisation.<\/span><\/p>\n

Une alternative est d\u2019utiliser des codes existants valid\u00e9s et optimis\u00e9s pour les physiques \u00e0 traiter et de les coupler sur leurs interfaces communes. Une telle approche demande d\u2019\u00e9tudier deux aspects principaux qui influent sur la qualit\u00e9 des r\u00e9sultats et les temps de retour des simulations. Le premier concerne les conditions de raccords entre les physiques \u00e0 traiter. En effet, le couplage entre les physiques est r\u00e9alis\u00e9 au travers de conditions aux limites et de termes sources dans les \u00e9quations. Il est imp\u00e9ratif de judicieusement les choisir et de les combiner afin de reproduire fid\u00e8lement le syst\u00e8me coupl\u00e9.<\/span><\/p>\n

Il en r\u00e9sulte une nouvelle discipline scientifique visant \u00e0 mettre en place des jeux d\u2019\u00e9quations consistants qu\u2019il s\u2019agira de r\u00e9soudre de mani\u00e8re ad\u00e9quate\u00a0: il s\u2019agit de garantir que le r\u00e9sultat obtenu par ces simulations aura un sens physique. Le second volet \u00e0 traiter dans l\u2019approche de couplage de codes est l\u2019outil informatique permettant d\u2019\u00e9changer des informations entre les solveurs existants. Pour cela, les communaut\u00e9s scientifiques ont d\u00e9velopp\u00e9 des outils nomm\u00e9s coupleurs permettant de g\u00e9rer efficacement l\u2019ex\u00e9cution des codes ainsi que l\u2019\u00e9change de donn\u00e9es directement en m\u00e9moire sur les ordinateurs….<\/span><\/p>\n

Mod\u00e9lisation sous Matlab …<\/a><\/p><\/blockquote>\n