Fête de la science genci

La simulation numérique pour tous !
Par Philippe Lavocat
Président-directeur général de GENCI
C’est une joie pour GENCI d’inscrire son activité dans le sillage de la Fête de la
Science, dont nous célébrons cette année la 30e
édition.
En effet, cet événement vise plusieurs objectifs partagés par notre équipe :
sensibiliser les publics à la science et à ses enjeux, favoriser le partage des
savoirs entre chercheurs et citoyens, valoriser le travail de la communauté
scientifique, susciter des vocations chez les jeunes…
Cette ambition trouve un écho dans l’activité du grand équipement national de
calcul intensif GENCI. Créé en 2007 par les pouvoirs publics, l’infrastructure de
recherche GENCI a pour mission de démocratiser l'usage de la simulation
numérique par le calcul haute performance associé à l'usage de l'intelligence
artificielle, pour soutenir la compétitivité scientifique et industrielle française.
Cette mission, nous la remplissons chaque jour dans une relation
particulièrement étroite avec la communauté scientifique et les experts des
équipes d’Inria et des centres de calcul du CEA, du CNRS et de la CPU.
Dans une logique de « science ouverte », ce sont des milliards d’heures de
calcul intensif sur nos « supercalculateurs » qui sont offertes chaque année aux
chercheurs afin de leur permettre d’accélérer le développement de leurs
projets. Ce sont parfois des jours, des semaines, voire des mois ou des années
de travaux qui ont été ainsi gagnés. Et cela dans tous les domaines : climat,
santé, sciences de la Terre et de l’univers, énergie, transport, mécanique des
fluides, etc.
Le but de cette courte brochure est de partager avec le plus grand nombre une
illustration de certains projets scientifiques, parmi les plus emblématiques,
ayant eu recours aux moyens de GENCI. Nous ne visons ici ni l’exhaustivité ni la
perfection. Mais nous souhaitons surtout offrir un moment de découverte.
Au nom de GENCI, je souhaite à chacune et à chacun une très belle Fête de la
Science !
2

Sommaire
Introduction 2
L’espace et l’univers 4
L’environnement 8
La santé 13
La gestion de risques 23
Le sport 30
Les Sciences Humaines et Sociales 32
L’innovation technologique 36
3

Le calcul intensif au service de…
de la connaissance de
l’espace et de l’univers
4

La formation
de la grande galaxie
d’Andromède
Notre grande voisine la galaxie d’Andromède
a des propriétés très particulières qui restaient
inexpliquées jusqu’aujourd’hui. En particulier
les étoiles de son disque ont des mouvements
très turbulents, et de gigantesques courants
stellaires l’environnent. Une collision majeure
entre deux galaxies explique l’ensemble
des propriétés d’Andromède qui se serait donc
structurée il y a moins de 3 milliards d’années.
Une collision gigantesque,
il y a 3 milliards d’années
Une gageure :
COSMOLOGIE
La première reproduction
et compréhension
des innombrables propriétés
d’une galaxie proche
Andromède est donc très
différente de notre Galaxie,
la Voie Lactée, qui s’est
structurée il y a plus
de 10 milliards d’années
Une réalité : Et après :
Une gigantesque collision
proche de nous a-t-elle laissé
des traces dans notre
environnement immédiat ?
François Hammer, astrophysicien à l’Observatoire de Paris,
Yanbin Yang, ingénieur de recherche CNRS, Jianling Wang,
astronome à l’Observatoire de Beijing, Rodrigo Ibata,
astrophysicien à l’Observatoire de Strasbourg, Hector Flores
et Mathieu Puech, astrophysiciens à l’Observatoire de Paris.
SUPERCALCULATEUR GENCI
Turing (l’IDRIS)
Comparaison en vraies couleurs de la simulation numérique
(gauche, 24 millions de particules) avec l’observation de la grande
galaxie d'Andromède (droite, M31). Le disque géant, les régions
de formation stellaire (bleues) et la barre (insert en haut et à droite
de chaque image) sont bien reproduits.
Le calcul intensif au service de la connaissance
# SCIENCES
millions d’heures
(dont 1.4 pour
cette simulation)
5
©
Richard
Crisp
C
M
J
CM
MJ
CJ
CMJ
N
•Sciences-Cosmologie2.pdf 1 10/04/2018 15:21

Voyage
au centre de la terre
Le bouclier magnétique de la Terre résulte
des mouvements des métaux en fusion
en son noyau. En plongeant à 3000 Km
sous nos pieds, l’équipe emmenée par
Nathanaël Schaeffer de l'Isterre a cherché
à comprendre et représenter les variations
qui impactent son état et les différents
phénomènes qui en découlent, telles
les inversions magnétiques des pôles
ou les anomalies magnétiques en surface.
Champ magnétique
modélisation en haute définition
Simulation
ASTROPHYSIQUE
au cours duquel le nord magnétique passe au sud
et vice versa, s’est produit pas moins de 300 fois
au cours des 200 derniers millions d’années.
La toute dernière s’est passée il y a… 780000 ans.
Une simulation qui porte le niveau de parallélisme
à 16 000 cœurs via une parallélisation hybride
(MPI et OpenMP) qui s’ajuste automatiquement !
Le phénomène d’inversion
magnétique,
EQUIPE :
Nathanaël Schaeffer de l'Isterre (Institut des sciences
de la Terre de Grenoble/CNRS et Université de Savoie)
et l'Institut de physique du Globe de Paris (Université Paris Diderot)
SUPERCALCULATEURS GENCI :
Turing (L'IDRIS)
Occigen (CINES) millions d’heures
19
La différence de température met en mouvement les masses des métaux
liquides (fer et nickel) en de gigantesques panaches qui, par induction
magnétique, génère le champ qui protège notre planète.
C'est la dynamo terrestre.
# SCIENCES

L’apparition de la vie
sur Terre reconstituée !
En 1953 S Miller démontre lors d’une
expérience la possibilité d’une formation
spontanée des molécules du vivant à partir
de molécules simples, sous l’effet d’une
décharge électrique. Grâce à la simulation,
les chercheurs ont observé comment
la glycine, le plus simple des acides aminés
impliqué dans les neurotransmissions
au niveau de la moelle épinière, se forme
spontanément à partir d’une « soupe »
de molécules simples (eau, méthane,
ammoniac, hydrogène, azote et monoxyde
de carbone), soumise à des champs
électriques intenses.
La 1ere
simulation
numérique au monde de l’expérience
de Stanley Miler
Bénéfice
CHIMIEQUANTIQUE
de la simulation numérique pour la chimie quantique
des conditions de formation des molécules
prébiotiques, à l’origine des précurseurs de la vie.
Compréhension
EQUIPE :
Marco Saitta (Université Pierre et MarieCurie)
et Franz Saija (lstituto per iProcessi Chimico-Fisici/CNR, Italie). millions d’heures
1,2
# SCIENCES
Formation de la glycine
Jade (CINES)
Ada (L'IDRIS)
FOTOLIA

la connaissance et la
protection de
l’environnement
8

Genci soutient les travaux
du GIEC
GENCI apporte un soutien de taille aux équipes françaises
de climatologie depuis 2007 en leur donnant accès à ses
moyens de calcul et de stockage des données, mais
également en répondant spécifiquement à leurs besoins.
CMIP (Coupled Model Intercomparison Project)
C’est le cas pour les demandes de l’Institut Pierre-Simon
Laplace (IPSL), impliqué dans les exercices internationaux
CMIP dont l'analyse constitue une part importante des
di érents rapports du GIEC (Groupe intergouvernemental
d’experts sur l’évolution du climat).
CMIP5 au coeur de la COP21
Les simulations climatiques réalisées pendant CMIP5 ont servi de référence aux négociations de
la COP21. Pour cela, GENCI a mis à disposition des équipes de l’IPSL un équipement dédié entre
2009 et 2012.
CMIP6 : vers une nouvelle génération de modèles climatiques
Une nouvelle génération de modèles climatiques et de simulations climatiques de référence est
en préparation pour CMIP6 dans le but d’alimenter le 6e rapport d’évaluation du GIEC
et les « services climatiques » qui permettent de guider les politiques d’adaptation. Dans ce cadre,
GENCI a mis à disposition une allocation dédiée de calcul et des espaces de stockage spécifiques
aux équipes de l’IPSL sur la période 2016 à 2018.
Depuis 2018, les résultats produits par CMIP6 sont utilisés par l'ensemble de la communauté climat
pour alimenter de nouvelles recherches.
La modélisation du climat
CLIMATOLOGIE
EQUIPE :
Le centre de modélisation du climat (CMC) de l’IPSL
Équipes des laboratoires du LMD, LOCEAN, LSCE, LATMOS et METIS
Terre grillée à très haute résolution
Crédit : © Animea, F. Durillon pour le LSCE / CEA / IPSL
Supprimer supercalculcateur Curie - CEA - TGCC
# SCIENCES
FOTOLIA

Technologies
inspirées du vivant
Le vol du bourdon se révèle être une mine
d’informations pour concevoir de nouvelles
générations de micro véhicules aériens
(ex : drones). La mise au point d'une soufflerie
numérique a permis de faire voler un modèle
de bourdon à une vitesse de 2,5 mètres
par seconde (9 km/h). Les simulations ont
montré que les mécanismes de vol du bourdon
pour créer de la portance sont robustes même
en fortes turbulences, car il n' y a pas d'énergie
supplémentaire requise. Néanmoins le contrôle
de la turbulence reste un défi pour le bourdon,
mais pas d'un point de vue énergetique.
Le bourdon,source d’inspiration
pour les micro-véhicules aériens
Et après ?
TECHNOLOGIE
Modélisation d'ailes flexibles
ou de la nage du poisson
permettront de développer
des technologies inspirées
du vivant !
d'une nouvelle génération
de micro-véhicules aériens
(micro-drones...)
Conception
des connaissances de mécanismes
aérodynamiques inspirés du vivant
Approfondissement
ÉQUIPE : Kai Schneider, (Université d’Aix Marseille/CNRS),
Projet international : Université technique de Berlin, Université
de Rostock, Université de Chiba, Japon
SUPERCALCULATEURS GENCI
Ada (l'IDRIS)
Turing (l'IDRIS) millions d’heures
17
Soufflerie numérique montrant les tourbillons créés
par les ailes battantes du bourdon.
# INNOVATION

Calculer les fonds marins
en un temps record :
une offre dopée au calcul intensif
Dans le cadre de SIMSEO, Principia, PME spécialisée
dans l’ingénierie appliquée à l’offshore (pétrole,
gaz et énergies marines renouvelables) et éditeur
de logiciels de référence dans ce domaine, a adapté,
avec succès, un de ses logiciels de simulation
DEEPLINES au calcul intensif. Ce logiciel permet
de modéliser le comportement dynamique
des structures de liaison entre le fond et la surface
des systèmes offshore.
Bénéfices clients :
Trophées
de la simulation
numérique
CLOUD
d’une solution de simulation
rapide des systèmes électriques
et électromagnétiques de très
grande taille.
EQUIPE :
Principia
PROGRAMME :
SISMEO
EXPERTISE :
Simulation
Interface du logiciel permettant de modéliser le comportement
dynamique des structures de liaison entre le fond et la surface
des systèmes offshore
PRINCIPIA
Le calcul intensif au service de l’innovation
# INNOVATION
PME & STARTUP
temps de calculs beaucoup
plus rapides.
déploiement de l’offre sur
une plateforme cloud
commerciale à l’international.
Crédit
:
Principia
FOTOLIA

Imaginer
des bio-matériaux innovants
pour réduire les déchets
Le plastique connu sous le nom de nylon,
et plus précisement Nylon-6, est une fibre
synthétique polyamide aux multiples
applications. Point négatif : la production
d’une grande quantité de déchets avec une
résistance intrinsèque à la décomposition.
La découverte d’une bactérie atypique,
l’Arthrobactérie sp KI72, a mis en évidence
la présence dans cet organisme d’un enzyme
spécifique, le Nylon-oligomer hydrolase (NylB),
capable de « digérer » les déchets de Nylon-6.
NylB,l’enzyme gourmande
des déchets de Nylon-6.
Conception
à l’ordinateur
de bio-matériaux
innovants
des mécanismes de cette
réaction enzymatique
Compréhension
révélatrices de données
non accessibles par
l'expérimentation
Simulations
in silico
EQUIPE :
M Boero I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule).
Universités de Osaka et Hyogo (Japon)
SUPERCALCULTEURS GENCI :
Ada (L'IDRIS)
Turing (L'IDRIS)
Occigen (CINES)
millions d’heures
1 150
Panneau à droite : peptidase commune à tout organisme vivant
et site actif pour la dégradation de fibres organiques naturelles,
sans le résidu Tyr170 dans le cercle rouge pointillé.
ENVIRONNEMENT - POLLUTION
Panneau de gauche : structure de l’enzyme «wild type» (WT)
du NylB hydrolase et son site actif pour la réaction de dégradation
des fibres synthétiques avec le résidu Tyr170 dans le cercle rouge.
# SCIENCES
FOTOLIA

la santé
13

GENCI
face à la COVID-19
Certaines syllabes génèrent des écoulements qui peuvent
transporter les gouttelettes émises sur des distances
de l’ordre du mètre en une seconde, voire moins. Les jets
courts générés par des mots ou des phrases successifs
interagissent pour former un jet principal turbulent qui
transporte les pathogènes vers l’avant.
Écoulement de la parole
pour la transmission
de la covid-19
EQUIPE :
Simon Mendez (CNRS), IMAG (UMR 5149, Montpellier).
OCCIGEN
Nuages exhalés par un modèle de bouche (visible à gauche)
pour 2 types d’exhalations répétées : la respiration (haut)
ou la parole (bas), dans l'exemple de la phrase
« Peter Piper Picked a peck ». Le nuage exhalé est représenté
par des particules fictives dont la coloration dépend
du temps de résidence. Simulation des grandes échelles
sur 9 cycles d’exhalation/inhalation de 4 s chacun, à l’aide
du logiciel YALES2BIO.
# SCIENCES
FOTOLIA
SANTÉ
1,6
million d'heures
Ces résultats ont permis de proposer un modèle
espace-temps des risques de transmission
à courte portée de la COVID-19 lors de conversations
Résultats et bénéfices
CODE DE CALCUL
YALES2BIO.

GENCI
face à la COVID-19
Mise en production de la version multi-GPUs du
logiciel de dynamique moléculaire Tinker-HP puis
mise en place d’un nouvel algorithme d’échantillonnage adaptatif massif pour la dynamique moléculaire
permettant de mobiliser autant de GPUs que de disponibles. Un total de simulation polarisable de près
de 40 produite pour la protéase principale (Mpro
) du virus SARS-CoV-2 et analysée en détail.
Simulations par
dynamique moléculaire
haute résolution de
protéines constitutives
du SARS-CoV-2
EQUIPE :
Jean-Philip Piquemal, Directeur du Laboratoire
de Chimie Théorique (LCT),
UMR 7616, SU/CNRS
SUPERCALCULATEURS
65% sur Jean Zay (IDRIS)
35% sur Joliot-Curie (TGCC)
# SCIENCES
FOTOLIA
SANTÉ
2
million d'heures CPUs
200 000
heures GPU
Représentation des localisations des poches enzymatiques sur
la structure de la protéase principale du virus SARS-CoV-2.
Carte plus précise de l’espace conformationnel de la protéine qui a permis la découverte
de nouveaux sites d’arrimage (docking) potentiels pour des molécules actives contre le virus.
Travail sur d’autres cibles protéiques (protéine Spike, protéase papaine …)
Résultats et bénéfices

Alzheimer :
comprendre pour imaginer
de nouvelles thérapies
Dans la maladie d’Alzheimer, certains ions
métalliques pourraient favoriser l'accumulation
progressive de la protéine ß-amyloïde, sous
forme de plaques amyloïdes dans le cerveau,
à l'origine du dysfonctionnement et de
la dégénérescence des neurones. Mieux
comprendre leur action sur la ß-amyloïde
constitue donc un véritable enjeu.
Modélisation très fine de
la protéine responsable ß-amyloïde
Des calculs plus fiables
MEDECINE
que ceux obtenus jusque-là par
méthodes classiques.
grâce à la compréhension des mécanismes en jeu
et des facteurs importants
Nouvelles pistes
thérapeutiques
EQUIPE :
Michel Caffarel – CNRS, Prof. P. Faller (Toulouse),
Prof. W. Jalby Exascale Computing Research Lab.
(CEA, GENCI, UVSQ, INTEL)
Curie (CEA - TGCC)
Plusieurs centaines
de milliers d'heures
Modélisation très fine de la protéine ß-amyloïde
# SCIENCES
FOTOLIA

Améliorer la prise
en charge des AVC
La rapidité de détection et de caractérisation
d’un AVC est déterminante pour la survie du patient.
La technologie de l’imagerie micro-ondes permet
d’obtenir un indicateur fort des propriétés
électriques des tissus biologiques et de leurs
conditions fonctionnelles et pathologiques.
Dans le cadre de l'ANR Medimax et en relation avec
la startUp EMTensor, l'équipe a tiré profit de deux
outils développés au LJLL, (librairie HPDDM pour
la décomposition de domaine et son interface avec
le logiciel FreeFem++), pour obtenir en moins
de trois minutes une image tridimensionnelle
du cerveau.
Une image 3D
du cerveau en moins de 3 mn
Absence
de nocivité
IMAGERIEMEDICALE
Par rapport à une IRM
ou une tomodensitométrie.
L’imagerie micro-ondes pourrait
devenir, pour le cerveau,
l'équivalent de l’échographie pour
les autres parties du corps humain.
Faible coût et
encombrement
réduit
1er prix
EQUIPE :
Frédéric Nataf, Directeur de recherche au CNRS,
Frédéric Hecht, Professeur, et de Pierre-Henri Tournier
Post doctorant du laboratoire J.-L
Mésocentre (UPMC), Genci et PRACE : Turing
à l’Idris (1,2 M. h. en 2014) et Curie au TGCC
(500 000 h. attribuées par GENCI en 2015
et 3 M. h. au total en deux allocations PRACE
entre 2012 et 2014
millions d’heures
3
Image du cerveau par calcul des équations de Maxwell
avec forts contrastes dans les coefficients, via la résolution
d’un problème inverse et la résolution de plusieurs centaines
de problèmes directs tridimensionnels
# SCIENCES
FOTOLIA

Humain Brain Project,
comprendre le secret
des canaux ioniques
Plus de vingt maladies génétiques sévères, dont diffé-
rentes formes d’épilepsies ou d’arythmies cardiaques,
prennent leur source dans un dysfonctionnement
des canaux ioniques, protéines chargées de faciliter
la propagation de l’influx nerveux dans les cellules.
Mieux comprendre le fonctionnement
de ces interrupteurs, notamment comment leur
altération entraîne la propagation anormale de l’influx
nerveux, est un enjeu de santé publique.
L’objectif de la simulation est d’étudier, à l’échelle
moléculaire, le rôle des canaux ioniques impliqués
dans l’activité cérébrale.
Une centaine de microsecondes
pour comprendre le secret des canaux
ioniques
Projet phare
SANTÉ
de H2020 de l’Union
européenne.
vise à accélérer les domaines
des neurosciences,
de l'informatique et de
la médecine liée au cerveau.
des programmes de recherche
scientifique
en neurosciences fondamentales,
en simulation avancée et
en modélisation multi-échelle
Humain Brain
Project
Alignement
stratégique
EQUIPE :
Mounir Tarek avec une équipe de l’Université de Lorraine
SUPERCALCULATEURS GENCI
et PRACE
Curie (CEA – TGCC)
SuperMUC à Leibniz
Les calculateurs permettent d’accéder
à la précision souhaitée : de l’ordre de la centaine
de microsecondes, soit le temps d’action
des canaux ioniques s’ouvrant puis se fermant
au passage de l’influx nerveux.
# SCIENCES
millions d’heures
140
FOTOLIA

Mieux repérer
l’épilepsie
Lors d'une crise d'épilepsie, les neurones
produisent soudainement une décharge
électrique anormale, soit dans une zone
limitée (crise partielle ou focale) soit dans
l’ensemble du cerveau. Dans le cas
de l’épilepsie focale, tout l’enjeu est
de localiser la "source électrique"
à l’origine de la crise.
Une modélisation
haute résolution du cerveau
à plusieurs milliards d’éléments
Développement
MEDECINE
d’une nouvelle génération
d’électroencéphalogrammes.
du diagnostic de l’épilepsie.
Amélioration
EQUIPE :
Francesco Andriulli et son équipe (IMT ATLANTIQUE)
SUPERCALCULATEUR GENCI :
Curie (CEA-TGCC)
heures
100 000
Modélisation à haute résolution, capables de traiter des problèmes de très
grande taille, comportant à l’image du cerveau plusieurs milliards d’éléments
# SCIENCES
FOTOLIA

Automatiser
la reconnaissance d’organes
pour la radiothérapie
Avant de faire une radiothérapie, il faut
identifier, sur les images scanner,
les organes (OAR) sains à protéger
des irradiations. En routine clinique,
ce contourage est effectué manuellement,
ce qui est fastidieux et source de variabilité.
Dans le cadre du projet M2NUM,
des chercheurs du LITIS ont mis au point
une technique de contourage automatique,
basée sur des réseaux de neurones profonds,
qui utilisent des exemples d’images
préalablement contourées par des médecins.
Le nombre de paramètres du réseau à estimer
nécessite le recours à un supercalculateur.
Utiliser les techniques
des réseaux de neurones profonds
Réseau de
neurones
profond :
IMAGERIEMEDICALE
données du Centre
Henri Becquerel
apprentissage
et validation croisée
en une minute, les organes à risque
sont contourés automatiquement
Banque d’images
scanner
contourées :
Contourage
plus rapide
et plus fiable :
EQUIPE :
Roger Trullo, doctorant, et les chercheurs du laboratoire
LITIS : Caroline Petitjean, Su Ruan, et Bernard Dubray,
également radiothérapeute au Centre Henri Becquerel.
SUPERCALCULATEURS CRIANN : Myria
11 000 images traitées
Réseau de neurones à 3 millions de paramètres
PROGRAMME : M2NUM
(Région Normandie et Union Européenne)
EXPERTISE : Apprentissage profond
heures de calcul
sur GPU
2800
1-2/ Reconstruction volumique d'un examen scanner du thorax. En opaque,
les organes à risque tracés par le radiothérapeute. En jaune le cœur, en bleu l'aorte,
en vert l'œsophage et en marron la trachée.
3/ Coupe de scanner du thorax. Les 2 poumons droite et gauche en noir et au milieu
les organes à risque : en bleu l'aorte, en vert l'œsophage et en marron la trachée.
4/ Réseaux de neurones profond à convolution permettant de segmenter les organes
à risque dans une image scanner du thorax.
# SCIENCES
3 4
1 2
FOTOLIA
C
M
J
CM
MJ
CJ
CMJ
N
•Sciences-Litis-OK.pdf 1 21/09/2018 09:06

Cancer ovarien :
voir et comprendre l’évolution
d’une molécule pour
un nouveau traitement
Modélisation moléculaire
MEDECINE
EQUIPE :
Jana Sopkova-de Oliveira Santos
CERMN Université de Caen Normandie
SUPERCACULATEUR CRIANN
MYRIA 300.000
heures en 2017
# SCIENCES
Le CERMN (Centre d’études et de recherche sur
le médicament de Normandie) est un utilisateur
régulier du CRIANN. Les études menées au CERMN
se situent en amont des essais cliniques de nouveaux
médicaments et portent sur la sélection de molécules
d’intérêt thérapeutique. Les études concernent les
inhibiteurs d’interactions protéine-protéine, destinés
au traitement de cancers ovariens. Ces études
nécessitent des calculs très puissants pour obtenir
une vision dynamique du comportement d’une
molécule dans son environnement.
L’ensemble de l’offre du CRIANN – puissance
des calculateurs, qualité des ressources logicielles
et le dialogue avec l’équipe – aide le CERMN
à rester à la pointe de la recherche dans notre
domaine » précise Ronan Bureau, responsable
de la plateforme chemoinformatique du CERMN
et dont J. Sopkova-de Oliveira Santos est membre.
Analyses
d’interactions
entre une protéine et son ligand
naturel sur la base des simulations
de dynamique moléculaire
Modélisation moléculaire au service de la découverte
de nouveaux ligands : les molécules oligopyridine, des foldameres
de l’hélice alpha, inhibent Mcl-1 et sensibilisent ainsi les cellules
cancéreuses ovariennes aux stratégies ciblant Bcl-XL.
C
M
J
CM
MJ
CJ
CMJ
N
•Sciences-resultat Caen.pdf 1 28/05/2018 16:11

Cancer du sein :
repérer l'invisible
Diagnostic précoce
à travers de l'apprentissage statistique
Desyeuxinfatigables
Capables de revoir de multiples cas
sans cesse
Aide à la décision
Supportée par l'expérience
des années d'imagerie
Souplesse
d'apprentissage
Grâce à la dématérialisation
des analyses effectuées
Le cancer du sein figure parmi les plus fréquents
etlesplusmortelschezlafemmemais,détectée
tôt, la maladie peut souvent être guérie.
Pour y arriver, il faut identifier les signes de
pathologie auplustôtafind'agirefficacement.
Cela implique une analyse statistique des
centaines de milliers des mammographies et
c'est là, où le HPC intervient.
Les signes de cancers peuvent être difficile à repérer.
IMAGERIEMEDICALE
# SCIENCES
EQUIPE :
Mickael Tardy: Hera-MI SAS, Centrale Nantes,
Laboratoire des sciences du Numérique (LS2N), équipe SIMS
SUPERCALCULATEUR :
Liger 250 000
heures

la gestion de risques
23

SISMOLOGIE
Tremblements de terre :
simuler les répliques
La région de l'Aquila fut touchée le 6 avril 2009
par un séisme de magnitude 6,2 sur l’échelle
de Richter. Le danger supplémentaire provenait
des répliques très fortes qui se produisent durant
les jours suivants. Il était donc crucial de pouvoir
calculer rapidement et avec précision
des scenarios de répliques possibles.
L’Aquila : aider
les autorités italiennes
Réalisation
de cartes
d’aléas sismiques
Calculs
de scénarios
de répliques
Protection
des populations
EQUIPE :
Dimitri Komatitsch
Université de Pau et des Pays de l’Adour, CNRS et INRIA
Institut universitaire de France
Carte de vitesse maximale du sol illustrant l'aléa sismique pour 2
des 4 scénarios de répliques possibles du tremblement de terre
de l'Aquila, le 6 avril 2009. En rouge, les zones qui seraient
fortement touchées. En jaune, impact moyen. En vert ou bleu,
à priori sans risque. On voit que le premier scénario produit plus
de dégâts potentiels que le second.
Le calcul intensif au service de la décision
# AIDE À LA DÉCISION
Jade (CINES)
de milliers d’heures
Plusieurs
centaines
FOTOLIA

Brouillard :
Mieux prévoir les phénomènes
atmosphériques de petite échelle
La finesse de la simulation a conduit à adopter
la méthode des frontières immergées.
Elle consiste à intégrer les hétérogénéités
de surface (les bâtiments) au sein de la zone
de calcul. Ces simulations a très haute résolution
permettent de prendre en compte explicitement
les zones construites (bâtiments, pistes) et ainsi
de mieux comprendre l'influence des conditions
de surface et de l'urbanisation sur le brouillard.
Pour l'aéroport de Paris-Roissy, les bâtiments
peuvent retarder l'apparition du brouillard d'1h30.
Une Première :
simulation à très fine échelle
du brouillard
Transposition
METEOROLOGIE
Gestion
aéroportuaire
améliorée
Amélioration
Sécurité
aéro-
nautique
EQUIPE :
Thierry BERGOT, Météo‐France en collaboration avec le CNRS
et le Laboratoire d'aérologie (Université Toulouse III).
Curie (CEA - TGCC)
heures
900 000
Simulation permettant de mieux comprendre le «cycle de vie»
du brouillard, de sa formation à sa dissipation sur l'aéroport
de Paris-Roissy
Gestion des horaires
d’atterrissage et
de décollage
des avions
de la prise en compte
des phénomènes
de très petite échelle
dans les modèles
de prévision du temps.
Modèle opérationnel
de prévision du brouillard
avec une résolution
de 500 mètres…
de cette méthode,
encore jamais utilisée
pour simuler
des phénomènes
atmosphériques à petite
échelle, à n'importe quel
site présentant des
d'hétérogénéités
de surface.
FOTOLIA

Mieux prévoir
pour mieux protéger
A partir de l’étude de feux ayant ravagé
6000 hectares de forêt en Corse,
les simulations effectuées permettent
de prendre en compte les interactions
entre la dynamique de la propagation
de l’incendie (résolution de 5 m)
et l’atmosphère, décrite de la micro (50 m)
à la méso (2400 m) échelle.
Plan d’urgences :
INCENDIES
2ème
prix Développement
EQUIPE :
Jean-Baptiste Filippi, Università di Corsica.
CNRM/Météo-France, LA/CNRS, CERFACS à Toulouse.
CNRS/EM2C, Inria à Paris.
SUPERCALCULATEUR GENCI :
Jade (CINES) heures pour 1 jour d’incendie
30 000
million d'heures
consommées au total
pour le projet
1
Incendie d'Aullène en Corse-du-Sud, juillet 2009. Cette modélisation
permet d'étudier les structures fines de l'écoulement et le développement
des panaches de fumées.
Incendie d'Aullène en Corse-du-Sud, juillet 2009. La concentration
de traceurs de fumée représente les panaches de fumées
d’une plateforme pré‐opération-
nelle de simulation d’évaluation
des risques liés à la propagation
de grands feux de forêts.
http://firecaster.universita.corsica
• Guidage sur le terrain
des sapeurs-pompiers
• Estimation des zones de perte
de visibilité
• Sécurité des personnes
et des biens
Photographe
:
FILIPPI,
Jean-Baptiste
/
BOSSEUR,
Frédéric
/
PLANELLES,
Gilles
/
©
CNRS
Photothèque/Univ.
Corse/ONF
Photographe
:
FILIPPI,
Jean-Baptiste
/
BOSSEUR,
Frédéric
©
CNRS
Photothèque/Univ.
Corse
Une 1ère simulation
De l'échelle de la flamme
à celle de l'atmosphère FOTOLIA

Terrorisme & risques d’accidents
technologiques
Objectif : la détection de neutrons
Les objectifs sont la détection de neutrons
et leur discrimination avec les rayonnements
gamma, le développement de prototypes
de capteurs notamment pour la caractéri-
sation de neutrons permettant de répondre
aux risques d’accidents technologiques,
de terrorisme malveillant, mais aussi pour
l'analyse des radiations et la surveillance
des installations industrielles en plus des
besoins pour la recherche fondamentale.
Méthode de synthèse
de matériaux ioniques
Applications
biomédicales
TERRORISME ET SÉCURITÉ
Application Contrôle
et sécurité dans
les aéroports
EQUIPE :
Sébastien LE ROUX. Institut de physique et des matériaux
et de chimie de Strasbourg.
heures
+ de 100 000
de détection de neutrons rapides
et lents à base de scintillateurs.
Exemple contrôle des colis
et des déchets nucléaires
de faible activité.
exploitation dans les hôpitaux.
FOTOLIA

Mieux prévenir et gérer une avarie
ou une voie d’eau dans un bateau
Simulation numérique
de l'envahissement d'eau d'un navire par
une brèche de la coque
Précisiondesrésultats
La comparaison des résultats de simulation par rapport à
un cas expérimental a permis de démontrer la très bonne
précision du logiciel SPH-flow.
Améliorationdelasécurité
Les simulations numériques de ce type permettront
d'améliorer les designs des futurs navires afin d'assurer
une meilleure sécurité des navires en cas d'avaries
de type envahissement d'eau, et ainsi d’éviter le naufrage
d’un navire comme le Titanic.
©
Adobe
Stock
Certains navires, en particulier ceux destinés
à transporter des véhicules, sont vulnérables
en raison des larges espaces dépourvus de
cloisons étanches où ils sont stationnés.
Dans certaines conditions, une brèche acci-
dentelle de la coque et l'envahissement
d'eau qui en découle peuvent provoquer le
chavirage du navire, causant des dommages
humains et matériels catastrophiques.
Afin de mieux comprendre le déroulement
de ce type de scénario, des simulations sont
réalisées avec une méthode numérique in-
novante.
# SCIENCES
EQUIPE :
Laurent Chiron et Matthieu de Leffe de Nextflow Software,
ainsi que Guillaume Oger du LHEEA de Centrale Nantes, UMR CNRS n°6598.
SUPERCALCULATEUR :
Liger 20 000
heures
MÉCANIQUE DES FLUIDES
Visualisations de l'envahissement d'eau dans
les différents ponts et compartiments d'une tranche
de navire à deux instants différents.
C
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CM
MJ
CJ
CMJ
N
•Poster 5 NEXTFLOW-HD.pdf 1 18/09/2019 11:55

Anticiper la formation
de givre sur les avions
Les phénomènes de givrage sont à l'origine
d’accidents aériens et sont mis en cause dans
le crash du vol Rio-Paris en 2009. Il est ainsi
très important de mesurer la concentration
en eau liquide ou solide (glace) autour
de l’appareil. Une technologie d'interférométrie
a été mise au point pour effectuer de telles
mesures, et a pu être testée en vol sur
un airbus A340. La technique permet également
de reconnaître certains types de morphologies
de cristaux. La simulation numérique permet
de prédire toutes ces morphologies, de les relier
aux conditions atmosphériques extérieures,
et d’envisager la réalisation d’un instrument
de mesure qui devienne simultanément station
d’alerte et système météorologique embarqué.
Lier la morphologie
des cristaux de glace aux conditions
atmosphériques de croissance
Simulation
PHYSIQUE
de la croissance de flocons
de neige
Sécurité aérienne Lien
morphologie-conditions
atmosphériques
EQUIPE :
Simulations : Gilles Demange, Renaud Patte
et Hélena Zapolsky, laboratoire GPM
Métrologie : Marc Brunel, CORIA
CNRS, INSA et Université de Rouen Normandie
SUPERCALCULATEURS CRIANN : Myria
PROGRAMME : Labex EMC3
EXPERTISE : matériaux heures de calcul
(ou 150 heures
par simulation)
15 000
# SCIENCES
Simulation numérique de différentes morphologies de flocons
obtenues pour différentes conditions atmosphériques de croissance :
1 - dendrite en fougère : forte humidité et températures situées
autour de -15°C
2 - plaquette : faible humidité et températures relativement basses (<-12°C)
3 - étoile : humidité moyenne et températures situées autour de -15°C
4 - aiguille : forte humidité et température proche de 0°C
FOTOLIA
1 2
3 4
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•Sciences-GPM aviation.pdf 1 21/09/2018 09:05

Le calcul intensif au service du…
sport
30

Augmenter les performances
en aviron de nos athlètes
Le projet SPRing
(Simulator of Performance in Rowing)
Pilotagedu système :
données issues de mesures in-situ
(balayage angulaire de la rame en
fonctiondutemps,....)etd'unmodeleur
paramétrique de style
Couplagecode de calculs
Navier-Stokes ISIS-CFD / système
mécanique SPRing :
résolution couplée des écoulements
et de la dynamique de la coque avec
prise en compte de la flexibilité
des rames
Aideà la performance sportive :
rendu réaliste vidéo avec surimpression
de quantités mécaniques pertinentes
comme vecteur de communication et
d’échange avec les entraîneurs pour
faciliter l'analyse physique
©
Adobe
Stock
Ce projet a pour but de développer et valider un
simulateur haute-fidélité du système mécanique
complet bateau-avirons-rameur(s). Il est couplé
au code Navier-Stokes ISIS-CFD en charge de la
résolution des écoulements. L’utilisation du
calcul haute-performance va permettre, via ce
couplage de codes, de constituer un modèle
numérique d'aide à la performance à destination
des entraîneurs.
Cet outil opérationnel donnera aux entraîneurs
des pistes pertinentes d’analyse et d’optimisation
des réglages et de la technique en aviron, traités
jusqu’alors de manière empirique. Rendu réaliste de la preuve de concept du simulateur SPRing
# SCIENCES / INNOVATION
EQUIPE :
Laboratoire LHEEA, UMR CNRS n°6598
Equipe METHRIC, Centrale Nantes
SUPERCALCULATEURS :
Occigen 200 000
heures
MÉCANIQUE DES FLUIDES - INGÉNIERIE DU SPORT

Le calcul intensif au service des…
sciences humaines et
sociales
32

GEOGRAPHIE
Evaluer la qualité
esthétique du paysage
PixScape,un logiciel dédié
à l’analyse du paysage visible
Perspectives
évaluer l’impact de projets
d’aménagement du territoire.
Intérêt
objectiver le paysage
visible et l’évaluer finement
sur des territoires vastes.
Difficultés
liées à l'explication
des préférences paysagères
et à la précision des données
spatiales mobilisées.
EQUIPE :
Yohan Sahraoui et Gilles Vuidel,
laboratoire ThéMA CNRS/Université de Franche-Comté à Besançon
Exemple de spatialisation du potentiel esthétique
du paysage pour un groupe d'individus, dans les
franges urbaines de l'agglomération de Besançon.
CALCULATEUR
Mésocentre de l'Université
de Franche-Comté
heures de calcul
50 000 h/carte
300 000
ADOBE
STOCK
Les analyses de visibilité permettent de quantifier
les structures paysagères perceptibles par les ha-
bitants d’un territoire, et de les représenter dans
l'ensemble du continuumspatial.
En croisant ces analyses avec des enquêtes sur les
préférences paysagères exprimées par un panel
d'individus, il est possible, grâce au calcul intensif,
de cartographier des potentiels de qualité esthé-
tique du paysage.
C
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CM
MJ
CJ
CMJ
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•AideDécision-FrancheComté.pdf 1 15/03/2019 17:01

Observation
d’une société archéologique :
la trajectoire du Néolithique Rubané
Modélisation
spatio-temporelle de la société LBK
La culture rubanée
ARCHÉOLOGIE
7 équipes partenaires dans un cadre transdisciplinaire,
regroupant l’archéobotanique, l’archéozoologie,
la paléodémographie, le paléoenvironnement,
la paléoécologie, l’archéologie culturelle,
la paléoclimatologie, la science économique
et la modélisation informatique
Elle est celle des premiers agriculteurs néolithiques
en Europe continentale qui colonisèrent la forêt
primaire
Un projet multidisciplinaire
EQUIPE :
OBRESOC.
M. BOCQUET-APPEL Jean-Pierre
CNRS, UPR2147 : Dynamique de l'Évolution Humaine
SUPERCALCULATEURS :
TITANE (CCRT)
JADE (CINES)
ADA (IDRIS)
heures de calcul
30 000
Carte archéologique de l'expansion spatio-temporelle.
La colonisation LBK de l’Europe tempérée (5550-4950 av.n.e.).
Jérôme Dubouloz, Jean-Pierre Bocquet-Appel, Richard Moussa CNRS,
Institut des Sciences humaines et sociales (INSHS) - 2017
# SCIENCES HUMAINES ET SOCIALES
ADOBE
STOCK
L’évaluation de changements climatiques
globaux et de leur impact s’est faite à l’aide
d’observatoires prospectifs chargés de collec-
ter des données environnementales, so-
cio-économiques et culturelles, le tout sur
une société agricole néolithique (LBK) de l’aire
culturelle rubanée (5550-4950 BC cal).
A côté d’observatoires prospectifs concernant
la société actuelle, la mise en place de ces ob-
servatoires rétrospectifs fournit un éclairage
complémentaire pour formuler des interro-
gations et des hypothèses relatives au devenir
de nos propres sociétés.
Le croisement de données archéologiques
des sites LBK connus, avec des données envi-
ronnementales (climatiques et ingénierie des
plantes et des animaux domestiqués) dans un
modèle micro-macro a permis de simuler la
réactivité et le degré de résilience aux impacts
environnementaux des systèmes socio-natu-
rels des sociétés archéologiques.
C
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J
CM
MJ
CJ
CMJ
N
•Sciences-Archéologie.pdf 1 15/03/2019 17:00

Combattre l’émergence
et la diffusion de la Dengue
Simulerla coévolution des moustiques
et des hommes en milieu urbain
GÉOGRAPHIE QUANTITATIVE
EQUIPE :
Eric Daudé (CNRS), Renaud Misslin, Somsakun Maneerat,
Alexandre Cebeillac, Thomas Huraux, Alain Vaguet,
Sébastien Rey-Coyrehourcq, Armelle Couillet,
Céline Colange (Université de Rouen)
Rick Paul (Institut Pasteur, Paris)
SUPERCACULATEUR : MYRIA
LABORATOIRE : UMR 6266 IDEES
CNRS - Université de Rouen Normandie
PROGRAMME : MO3 & FP7 DENFREE
https://cordis.europa.eu/project/rcn/102500_fr.html
4000
heures de calcul
# SCIENCES SOCIALES
Evolution des paramètres biologiques du moustique
Simulation de cohortes de moustiques à l’échelle de la ville.
La simulation numérique sous Gama
(https://gama-platform.github.io/) et la masse de données
géographiques disponible permettent de reconstruire
et d’explorer avec OpenMOLE (https://openmole.org/)
l’ensemble des dynamiques de moustiques, à haute résolution.
Les maladies à transmission vectorielle (dengue,
Zika, chikungunya) sont un enjeu majeur de santé
publique.
Elles provoquent selon l’OMS plus d’un million de
décès par an dans le monde. En l’absence de vaccin,
seul le contrôle vectoriel permet de limiter leur déve-
loppement. Cependant, en ville, l’environnement
(précipitations, usage et mode d’occupation du sol),
les densités variables de moustiques, et les mobilités
quotidiennes des personnes se combinent et
rendent difficile l’identification des sites à contrôler.
L’objectif est alors d’identifier les zones et les mo-
ments où se croisent les millions d’humains et de
moustiques. Une fois ces milieux identifiés, la simula-
tion permet de trouver à quels niveaux de densité de
moustique il faut descendre pour minimiser le risque
de contamination des humains, et donc les risques
épidémiques. L’efficacité de ces méthodes est en-
suite évaluée par des équipes sur le terrain à Bangkok
(Thaïlande).
DR
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CJ
CMJ
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•Sciences-CriannUMR.pdf 1 27/03/2019 15:52

l’innovation
technologique
36

La simulation
au service de l’innovation
technologique
Nénuphar développe des concepts innovants
d’éoliennes flottantes offshore notamment
des éoliennes à axe vertical. Mais ce concept
novateur se heurte à une difficulté : le décrochage
dynamique, qui se produit lorsque la vitesse des pales
de l’éolienne se rapproche de celle du vent incident,
générant de nombreux tourbillons qui perturbent
la performance de l’ensemble. Des simulations
aux grandes échelles ont été réalisées pour mieux
comprendre ce phénomène.
Coûts
Meilleurs
rendements
Robustesse
Meilleure performance
de l’éolienne
Réductions majeures en termes
de couts de l'électricité de plus
de 30 %
Une plus grande robustesse
de l’installation. Amélioration
de la durée de vie de la turbine
EQUIPE :
Ghislain Lartigue, Vincent Moureau et Pierre Bénard
spécialistes de la simulation à haute résolution
des écoulements subsoniques.
SUPERCALCULATEUR
GENCI :
Occigen (CINES)
PROGRAMME :
SIMSEO
millions d’heures
2,5
Reproduction du phénomène et ses incidences,
sur le sillage généré par l’éolienne mesurant 30 mètres
de haut. Maillage de 2,4 milliards d’éléments-résolution
de 2,5 cm
Nenuphar, une startup
qui a le vent en poupe
Le calcul intensif au service de l’innovation
# INNOVATION
PME & STARTUP
FOTOLIA

Caractérisation du sous-sol :
modélisation et inversion
des ondes sismiques
Le projet SEISCOPE
EQUIPE :
R. Brossier, M. Irnaka, Y. Li, L. Métivier,
T. Trinh and the SEISCOPE team
ISTerre, Univ. Grenoble Alpes
LJK, Univ. Grenoble Alpes, CNRS
SUPERCALCULATEURS
du MÉSOCENTRE CIMENT :
FROGGY
DAHU
Le projet SEISCOPE développe des méthodes
de modélisation et d’inversion des ondes
sismiques en milieux complexes, de la proche
surface à la croûte terrestre. L’objectif est
de développer et d’appliquer des algorithmes
robustes générant des images quantitatives
à haute résolution des propriétés mécaniques
du sous-sol à partir d’observations du champ
d’ondes à la surface.
Pour cela, des codes massivement parallèles
sont prototypés puis utilisés sur les moyens
de calcul CIMENT.
Industriels
financeurs impliqués
en 2018 :
11 partenaires: AkerBP, CGG,
Chevron, Equinor, ExxonMobil,
JGI, Petrobras, Schlumberger,
Shell, Sinopec, Total
Permanents,
post-docs et doctorants :
14 personnes impliquées
à Grenoble
Simulation d’un champ d’onde élastique 3D
en domaine fréquentiel.
Modèle 3D d’une tranchée militaire remblayée de 1707 dans
un contexte de très proche surface à partir d’une acquisition
sismique 3D exceptionnellement dense (108 sources
et 855 capteurs multi-composantes)
ADOBE
STOCK
1 030 000
heures utilisées sur Froggy
en 2018 (9 mois)
154 000
heures utilisées sur Dahu
en 2018 (1,5 mois)
# SCIENCES DE LA TERRE
GÉOPHYSIQUE
Finaliste 2018
de la finale nationale de
« Ma thèse en 180 secondes »
2ème
à la finale internationale
et prix du public :
Philippe Le Bouteiller étudiant
en fin de thèse
PUBLICATIONS :
(période 2016-2018)
23 publications dans des
journaux internationaux,
1 chapitre de livre,
27 proceedings
de conférence
internationales
C
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MJ
CJ
CMJ
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•Sciences-seiscope.pdf 1 07/11/2018 17:18

Le HPC au service
de l’intelligence artificielle
EQUIPE :
Yann Amice, prévisionniste et Blandine L'Hévéder,
météorologue, Metigate
Patrick Bousquet-Mélou, expert HPC, Criann
SUPERCALCULATEUR
DU CRIANN
Antares (2011-2017)
PROGRAMME :
SIMSEO
EXPERTISE :
SIMULATION
heures utilisées
125 000
# INNOVATION
PME & STARTUP
Metigate, la startup
de la Business intelligence climatique.
HDAM - Température (c) - 2017/06/21 16:00 GMT
Modélisation
Vent à 10 mètres (knots)
PRAEGW03 - 3 Km de résolution PRAEGW01 - 1 Km de résolution
Effet local sur Hyères avec confrontation entre phénomène de brise et Mistral
Conception
d’un logiciel
• Meilleure prise en compte
des données terrain
• Enrichissement de la base
de données
• Finesse de la solution
Avantage
concurrentiel
• Une solution unique sur
le marché retail européen
évalué à 3 milliards d’euros
Meilleur ROI pour
les clients dans
• La distribution
• L’e-commerce
• Le tourisme
Créée en 2016, Metigate, a développé un logiciel,
basé sur des algorithmes d’intelligence artificielle,
capable de déterminer les tendances de ventes
d’un produit selon le temps qu’il fait et en fonc-
tion proposer des business actions : alerte pour
changer les têtes de gondole dans les magasins,
Metigate récolte les données de 26 sources
météo, dont Météo France. Dans le cadre de
SiMSEO, Metigate a créé des stations météo vir-
tuelles grâce à la simulation numérique pour
compléter le maillage des stations réelles. Ainsi
par descente d’échelle météorologique, Metigate
produit des données à haute résolution lui per-
mettant d’enrichir ses outils d’aide à la décision.
C
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J
CM
MJ
CJ
CMJ
N
•Innovation Metigate-2.pdf 1 04/06/2018 20:52

Pour toute information complémentaire :
contact@genci.fr
GENCI
6 bis Rue Auguste Vitu
75015 Paris
01.42.50.04.15
www.genci.fr
Directeur de la publication : Philippe Lavocat
Coordination : Nicolas Belot, Annabel Truong
Crédits et droits : Tous droits réservés
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