La Maîtrise de la CFD

Les travaux que je réalise lors de mes études expriment la convergence de sciences très variées. Et pour cause, pour réaliser une étude de simulation entière en mécanique des fluides il faut entreprendre la mise en œuvre de toutes les différentes étapes de la simulation en question. Étapes que sont :

  • La conception géométrique 3D du système mécanique étudié (CAO/DAO).
  • La génération du maillage complexe de cette même géométrie avec l’adjonction de couches limites personnalisables.
  • Le choix d’un modèle de turbulence adéquate et des paramètres associés.
  • Le calcul de la simulation en question sur un poste de travail ou sur un serveur de calcul. Cela peut prendre, quand ce n’est pas plus, entre plusieurs jours ou plusieurs semaines, en ininterrompu. Et cela seulement pour une seule simulation.
  • Le traitement graphique et l’analyse en rendu 3D des mouvements calculés du fluide.
  • L’analyse calculatoire des résultats obtenus par le biais de tableaux de données et de courbes.
  • La vérification du réalisme des résultats obtenus.
  • Et au final, la dernière étape qu’est la compréhension du problème physique dans son état général, et la proposition de solutions au problème initial.

Il faut considérer que toutes ces étapes amènent différentes sciences très variées à se côtoyer sans arrêt, et cela de très près :

  • L’Informatique et ses technologies, car il faut maîtriser la plateforme OpenFOAM et sa complexité légendaire. OpenFOAM® = plus de 200 programmes. Car c’est sous la plateforme OpenFOAM que je réalise mes simulations numériques. Plateforme qui est loin d’être la plus simple à appréhender, mais qui me laisse plus de possibilités dans les études que je réalise. Ce qui est à prendre en compte. Il faut aussi comprendre les codes et les langages internes du logiciel pour ce que cela a d’utile en simulation. Et il faut maîtriser la plateforme Linux ainsi que tous les autres logiciels qui me permettent d’aller jusqu’au bout dans une étude, par exemple les logiciels de traitement des résultats obtenus. Dans tout cela il y a aussi par exemple snappyHexMesh, le mailleur automatique et sa très grande complexité …
  • Les Mathématiques tensorielles, pour vérifier que la simulation converge bien. Il s’agit de maîtriser la Méthode des Volumes Finis afin de vérifier que les opérations sur les matrices dans leurs applications produisent bien une solution correcte le long de la simulation …
  • La Physique qui se trouve derrière la simulation. Ici la Mécanique des Fluides et ses mécaniques tourbillonnaires vraiment très complexes, ainsi que la Thermique. Car il faut pouvoir vérifier que les résultats qu’on obtient numériquement sont cohérents avec la réalité. Ce qui est très important. Si on ne comprend pas la physique qu’il y a derrière un travail numérique on ne peut pas donner de sens à une étude, et on ne peut pas non plus en valider sa conformité avec la réalité.
  • La Technologie des Systèmes Mécaniques pour bien comprendre le système mécanique à étudier à la base d’une simulation, comme par exemple celui d’un éolienne. Le côté pratique d’aborder une simulation sous cet angle scientifique, même si cela rend l’étude plus longue est de commencer par la confection d’un plan du système à étudier. A partir de mes connaissances en conception mécanique je peux commencer une étude par la réalisation d’un plan en 3D du système mécanique étudié que je réalise à travers un logiciel de CAO.

À l’agencement de ces 3 premières sciences (l’Informatique et ses technologies, les Mathématiques tensorielles, la Physique) que j’avais d’abord appris une par une à maîtriser quand j’étais à Centrale, j’avais ensuite appris à les coordonner les unes avec les autres quand j’étais à Polytechnique pour réaliser les travaux en CFD de grande qualité tels qu’ils sont habituellement réalisés dans cette Université. Et je dois avouer qu’à ces 3 premières j’avais personnellement rajouté la quatrième science (La Technologie des Systèmes Mécaniques) qui correspondait bien avec mon background personnel et qui me permettait de démarrer plus habilement en début de projet pour bien comprendre la mécanique pure qui régit le système qu’on me donnait à étudier, par exemple la mécanique d’un système d’éolienne. Et cela aussi parce qu’un projet et une étude commence souvent à partir d’un plan du système à étudier, et qu’à partir de mes connaissances en conception mécanique je commençais mon étude par la réalisation d’un plan en 3D du système mécanique étudié que je réalisais à travers un logiciel de CAO. Etape qui n’est pas obligatoire quand on travaille en simulation sous OpenFOAM, mais que je réalisais en plus du reste, et cela me permettait de voyager plus habilement dans les étapes suivantes de la simulation, par exemple à travers les étapes du maillage automatique mais pas seulement.

Cela me permettait aussi de voyager plus habilement d’une simulation vers une autre. Car j’avais dans mon cas, associé plusieurs simulations entre elles en modifiant pour chacune d’entre elles la géométrie du problème initial afin d’y mettre en lumière et d’y identifier les améliorations de performances et les découvertes que j’avais par la suite personnellement réalisé en la matière. Pour plus d’informations voir mes innovations ici.

Je maîtrise donc à la base chacune de ces 4 sciences. Et cette maîtrise coordonnée de ces différentes sciences très variées me permet ainsi la réalisation personnelle de travaux en CFD qui sont vraiment de très grandes qualités.

Peut on aller encore plus loin que la maîtrise ? La réponse est oui, il faut pour cela voir ce que sont les leviers de l’innovation …