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Mesochallenge-CCuB 2018

Publié le 5 juin

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Suite à l’acquisition d’un nouveau supercalculateur composé de 52 noeuds pour un total de 1248 coeurs, le CCuB a mobilisé celui-ci pour 1 million d’heures de calcul au travers de l’appel à projet Mésochallenge-CCuB 2018. Au total, ce sont 5 projets déposés et environ 4 millions d’heures de calcul sollicitées qui témoignent de l’implication et des besoins des équipes de recherche dans le domaine de la simulation numérique. Dans ce cadre, 2 projets ont été retenus :

PROJET 1 - Contribution à l’initiative internationale de simulation climatique régionale haute résolution EURO- et Med-CORDEX et au projet structurant Axe2 ISITE-BFC. Projet porté par Thierry Castel, BIOGEOSCIENCE.

Le projet international CORDEX (COordinated Regional Downscaling Experiment), parallèlement à l’exercice de simulations climatiques à l’échelle globale (CMIP5), est une initiative visant à produire dans un cadre international des projections climatiques régionales pour toutes les régions continentales du globe. Deux résolutions cibles (50km et 12km) ont été définies pour les simulations climatiques régionales afin de :

  1. permettre l’évaluation comparée des modèles
  2. contribuer aux études d’impacts et d’adaptation au changement climatique (http://www.eurocordex. net/060374/index.php.en).

Le CRC à entrepris de contribuer à cette initiative pour deux des treize domaines de CORDEX (EURO-CORDEX sur l’Europe, et Med-CORDEX sur la Méditerranée) qui correspondent à certains des terrains d’étude privilégiés de l’équipe. Cette participation a un double objectif que le Mésochallenge à permit de réaliser :

  1. assoir notre visibilité à l’échelle internationale, participer à l’exercice d’inter-comparaison de nos simulations et contribuer à l’effort de mutualisation pour la quantification des incertitudes aux échelles régionales. Par ricochet, cela permettra de faire un focus sur les capacités et le savoir-faire du CCuB et de notre communauté régionale sur ces thématiques.
  2. contribuer à notre réponse et participation au projet intégré de l’axe2 "Territoire Environnement Aliment" de l’ISITE-BFC financé sur le volet « Excellence » du dispositif de soutien à la recherche de la région BFC. Les simulations Euro- et Med-cordex réalisées avec les moyens du mesochallenge constituent la pierre angulaire de la tache 4.3 "Climatic, hydrological and forest water balance models" du projet dont nous sommes les coordinateurs.

Ces simulations alimenteront notamment une thèse centrée sur les problématiques de bilan hydrique et hydrologique pour trois essences forestières (Hêtre, Epicéa et Douglass) de Bourgogne Franche-Comté pour estimer l’effet du climat futur sur les pertes de croissance, le risque de dépérissement et l’impact de la sylviculture comme levier d’adaptation. Ces résultats intéressent fortement les gestionnaires, les utilisateurs de la forêt et par-delà la région BFC. Les simulations produites seront en outre mobilisées par les partenaires Chrono-Environnement à Besançon pour simuler l’évolution de la forêt d’ici à la fin du siècle, et l’équipe Agroécologie de l’INRA de Dijon pour alimenter le projet TIGA porté par Dijon Métropole en données climatiques locales.

Nous proposons ici un domaine de simulation unique à la résolution cible de 12km dont l’extension géographique nous permettra de couvrir simultanément les zones EURO- et Med-CORDEX. La contrepartie est un domaine dont la taille (cf. Fig 1a 16 106 voxels) nécessite pour la faisabilité de nos expériences un dimensionnement calcul approprié. L’allocation de ressource dédiée par le mesochallenge est une opportunité pour :

  1. estimer la scalabilité des runs (cf. Fig 1b)
  2. lancer en parallèle des runs longs (1980-2100) en forçant le modèle climatique régional ARW/WRF à partir des données réanalysées ERA-INTERIM et des projections CCSM4 débiaisées.

L’utilisation de données de forçage CCSM4 débiaisées constitue une autre valeur ajoutée dans la régionalisation climatique EURO- et Med-CORDEX. La plupart des simulations CORDEX existantes ont produit des résultats dont la qualité est fortement entravée par les erreurs commises par le modèle global forceur. Dans notre protocole, ces données de forçage sont corrigées, pour tenter d’aboutir à une régionalisation climatique de meilleure qualité. Des premiers résultats produits, avec ce jeu de donnée en configuration deux domaines emboités, pour l’ANR CoSAC et le PSDR Prosys ont montrés un apport significatif pour la régionalisation des projections climatiques selon les deux trajectoires RCP45 et RCP85 (Brulebois et al. 2017 – Modalités et robustesse de la régionalisation du climat de la Bourgogne Franche-Comté, ‘propective changement climatique’, note d’avance, 10p).

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Fig 1a
Extension géographique du domaine de simulation pour couvrir les zones EURO- et Med- CORDEX
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Fig 1b
Résultat du benchmark réalisé sur le nouveau calculateur du CCuB

PROJET 2 - Simulations à large échelle du broyage à haute énergie. Projet porté par Adrien Fourmont, ICB.

Le projet porte sur l’étude par dynamique moléculaire du mélange de plusieurs éléments métalliques causé par déformation plastique. Ce travail permet d’obtenir une vision atomique des processus se déroulant lors du broyage à haute énergie (utilisé expérimentalement au laboratoire ICB). Ce procédé présente un intérêt unique puisqu’il permet de former des matériaux avec une réactivité accrue (que l’on densifiera ensuite par frittage SPS). Néanmoins, une question reste toujours ouverte malgré une utilisation très répandue : est ce que cette réactivité est principalement dû à l’état cristallin particulier du matériau ou au mélange chimique intime de ses constituants ? Expérimentalement, il est très difficile de répondre de manière systématique à cette question, notamment à cause de la dimension (nanométrique) des phénomènes à observer et la difficulté de réaliser des expériences in-situ. De par son échelle atomique, la dynamique moléculaire apparaît parfaitement adaptée pour étudier les aspects mécaniques (succession de chocs, de frictions et de repliements) observés lors du broyage à haute énergie.

Dans un premier temps, un système très simplifié a été modélisé. Il comprend deux métaux sous la forme de plusieurs sphères monocristallines de quelques dizaines de milliers d’atomes. La boîte de simulation est ensuite déformée afin de simuler le comportement de particules (agglomérats) de poudre écrasées entre deux billes. Ces premières simulations du broyage portent actuellement sur 200 000 atomes pour un temps d’exécution de 10 heures avec 16 coeurs pour réaliser 2 millions de pas de calcul (trajectoire de 2 ns réelles).

Ce système modèle monocristallin permet d’observer le comportement (« mélange ») des particules au niveau des interfaces entre les éléments. Néanmoins, il est bien connu que les propriétés mécaniques des métaux sont directement influencées par la présence de joints de grains et par la taille des grains. Il faut donc dépasser ce système modèle en considérant des particules polycristallines composées d’une dizaine de grains. Les moyens mis à disposition dans le challenge ont rendu possible la simulation de telles particules métalliques sous la forme d’agglomérats polycristallins pour un système total de 5 à 10 millions d’atomes suivant la taille des grains. Ce fut une opportunité unique de caractériser les phénomènes se déroulant à l’intérieur des particules, aux joints de grains.


Date de création: septembre 1994
Contact : ccub@u-bourgogne.fr
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