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La dynamique des fluides est un domaine de la physique dédié à l'étude du mouvement des fluides. Tout a commencé avec Archimède et sa célèbre force de flottabilité exercée sur un corps immergé dans un fluide. De nombreux développements dans ce domaine ont été réalisés au fil des siècles. Plus tard, Euler et Navier-Stokes sont allés plus loin en partageant des équations aux dérivées partielles encore utilisées de nos jours. Un inconvénient de ces équations est leur complexité : il était presque impossible de les utiliser dans des cas concrets. Dans les années 90, la puissance de calcul croissante disponible a rendu possible l'étude de cas industriels en résolvant numériquement ces équations ; c'est là que la Mécanique des Fluides Numérique (CFD - Computational Fluid Dynamics) entre en jeu. Ce domaine est désormais en plein développement et les calculs de CFD sont réalisés dans de nombreux secteurs comme la météorologie, l'aérospatiale ou l'industrie automobile. De nombreux logiciels commerciaux et open source offrent des solveurs numériques. Celui sur lequel nous allons nous concentrer ici est OpenFOAM, développé pour la première fois en 1989.
Ascendance est une société française créée par quatre anciens ingénieurs d'Airbus membres de l'équipe E-FAN. Ils ont souhaité mettre à profit leurs acquis pour créer un aéronef unique décollant et atterrissant verticalement avec des moteurs électriques, doté d'un moteur thermique pour le vol de croisière, et capable de transporter jusqu'à quatre personnes. Pour construire un tel véhicule, l'optimisation du comportement, de la consommation et du bruit sont d'un intérêt majeur, et tous liés à la dynamique des fluides. Pour mener leurs études, ils ont utilisé le logiciel open source OpenFOAM fonctionnant sur la plateforme Qarnot.
Ascendance a entendu parler de Qarnot pour la première fois lors d'une réunion orientée startups et est entrée en contact via le site web ScaleMax. Notre programme dédié aux startups offre jusqu'à plusieurs milliers d'heures de calcul. Le choix se fait sur divers critères tels que l'ancienneté de la startup, son domaine technologique, son alignement avec la stratégie de Qarnot, etc. Pour leurs calculs, Ascendance avait besoin d'une version différente de la version par défaut fournie par OpenFOAM. L'un des avantages des logiciels open source est leur modularité et la possibilité pour l'utilisateur de personnaliser le code selon ses besoins. Pour répondre à cette demande, nous avons créé une image Docker contenant la version d'OpenFOAM qu'ils souhaitaient et y avons inclus la partie de code personnalisée qu'Ascendance nous avait envoyée. Ensuite, pour nous assurer que la version personnalisée d'OpenFOAM était fonctionnelle, nous avons échangé régulièrement pendant l'implémentation de l'image, et nous avons chargé cette image Docker sur un registre privé hébergé chez Qarnot. Pour respecter leur calendrier, Ascendance exigeait une puissance de calcul minimale afin que les calculs soient achevés pendant la nuit. Qarnot a procédé à un benchmark sur la plateforme pour comparer les performances des Unités Centrales de Traitement (CPU) disponibles afin qu'Ascendance puisse choisir les meilleurs CPU pour ses besoins.
Ci-dessous se trouve un exemple de fichier run.py utilisé pour exécuter une simulation sur la plateforme où le profil docker-batch (ligne 10) est utilisé (un profil est une configuration pré-remplie qui facilite l'exécution du calcul, avec moins de paramètres à renseigner). Pour Ascendance, nous avons créé un profil avec certains paramètres par défaut tels que le registre et le dépôt de l'image Docker ainsi que le CPU qu'ils utiliseraient, de manière à ce que leurs performances ne changent jamais.
Pour le post-traitement et la visualisation des résultats de CFD, un autre logiciel doit être utilisé : Paraview. Souvent, les sorties des calculs de CFD consomment beaucoup de mémoire disque, ce qui réduit l'efficacité de Paraview sur les ordinateurs traditionnels. Pour pallier ce problème, nous avons installé Paraview sur notre plateforme afin de fournir une visualisation fluide des résultats.
Nous avons été heureux de recevoir un retour très positif d'Ascendance concernant notre plateforme, qui peut être résumé en ces points :
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