Simulation numérique


Exemple de simulation numérique à Exactcodesign.

Description du domaine

La simulation numérique consiste à simuler de manière virtuelle le comportement d’un phénomène physique réel. L’objectif de la simulation est généralement d’être le plus fidèle possible vis à vis de la réalité par rapport à un certain nombre de critère. Le résultat de la simulation pouvant avoir soit avoir un caractère prédictif (ex. météorologie), ou permettant de comprendre un phénomène complexe (ex. interactions entre particules).

La simulation numérique comprend généralement les étapes suivants:

  1. Mise en place d’un modèle théorique du phénomène réel.
    Le modèle pouvant être basé sur des théorie, sur des statistiques, ou de l’empirisme.
    Celui-ci vient généralement décrire les principes locales ou globales du phénomène sous forme d’équations, le plus souvent différentielles.
  2. Mise en place d’un algorithme de résolution
    Une fois les équations connues, il est alors nécessaire de définir une approche permettant de les résoudres. Cela peut être des méthodes de résolutions numériques d’équations différentielles, ou encore d’optimisation numérique. Cette étape réalise le lien entre la modélisation théorique et l’implémentation pratique.
  3. Implémentation du code de calcul
    Une fois l’algorithme de résolution déterminé, celui-ci doit être implémenté sur les données nécessaires à la simulation. Cette étape comprend généralement le développement d’un code permettant de réaliser le calcul de manière idéal. En fonction du projet et de la taille des données, cela peut aller de la mise en place rapide d’un script Python ou Matlab, au développement d’un logiciel complet en C++, ou de la mise en place d’un code de calcul à haute performance sur supercalculateur (voir High Performance Computing).
  4. Analyse et/ou visualisation du résultat
    Une fois le calcul terminé, il est nécessaire d’analyser les données. Cela peut aller d’une simple courbe, au calcul statistique avancé, ou encore à la visualisation de données complexes (voir visualisation scientifique).

Les métiers de la simulation numériques sont très demandeurs de compétences avancées en mathématique appliquée couplé de compétences pour le développement de code efficace.
Notez que généralement la simulation numérique n’est pas un domaine d’application, c’est une démarche que vous pouvez rencontrer dans votre domaine d’application. Par exemple dans le cadre de l’imagerie médicale ou biologique, la mise en place de simulation lié à l’environnement (météorologie, analyse de fluides, forage, accoustique, etc), la mise en place de simulations pour des domaines scientifiques en physique fondamentale ou appliquée, du serious game, ou de la formation (avion, véhicule, engins de chantier, etc).

Intégration dans la formation IMI

La majeure IMI vous prépare à travailler dans le domaine de la simulation numérique principalement par le biais de vos compétences couplés en mathématique appliqués et en programmation. Vous êtes ainsi capable de développer à la fois rapidement des modèles de comportement, de les valider par des scripts dans différents languages, et de mettre en place une solution logicielle efficace dans le cadre de la mise en place définitive.

Notons que la majeure vous prépare pas spécifique à devenir spécialiste des modèles numériques d’équations différentielles des milieux mécaniques ou fluide, ou encore de code de calculs spécifiques en FORTRAN. Vous êtes d’avantage formé pour être l’intérmédiaire entre la partie d’analyse et de visualisation, et la partie modélisation.

Les modules liés à la simulation numérique sont les suivants:

  • Analyse numérique (4ETI)
  • Optimisation et problèmes inverse (4ETI)
  • C++ (4ETI)
  • GPU (5ETI)
  • Géométrie, modélisation graphique et programmation 3D (4ETI)
  • Estimation et apprentissage d’images (5ETI)

Exemples de stages d’anciens

– Simulation physique de structure en béton, Lafarge.
– Esquisse et simulation 2D, Dassault Système.
– Computational model of the upper airway, Kitware.
– Simulation de couplage electromagnétique, Sagem Défense.

Exemples de cas d’application


Exemple de simulation de fluide à FXGear.


Exemple de simulation pour application militaire à Presagis.


Exemple de simulation numériques sur GPU à NVIDIA.

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