La prédiction en temps réel de la dispersion accidentelle d'un polluant dans l'air

1. La prédiction en temps réel de la dispersion
accidentelle d'un polluant dans l'air
F. Cayré, N. Chauvat – LogilabF. Cayré, N. Chauvat – Logilab
M. Le Guellec, A. Tripathi – Fluidyn FranceM. Le Guellec, A. Tripathi – Fluidyn France
J.M. Libre – Total E&PJ.M. Libre – Total E&P
La simulation dans les nuages
au service d'un grand défi industriel

2. NAFEMS France - 7 juin 2012 2
Acteurs du projet
● Total Exploration & Production
● Fluidyn France : simulation numérique
● Édition de logiciel de simulation (CFD, multi-physiques)
● Études & expertises en simulation
● Secteurs : environnement, risques industriels
● Logilab : services en informatique
● Gestion des connaissances, Web Sémantique
● Simulation numérique, cloud computing, informatique
scientifique
● Langage Python, logiciel libre

3. NAFEMS France - 7 juin 2012 3
Prédire la fuite d'un polluant sur
une plate-forme pétrochimique
● Objectif
● fournir une cartographie prédictive du nuage toxique pour l'aide à la
décision ( < 15 minutes)
● Difficultés
● Site étendu ( > 1km²) et très encombré (site de Lacq)
écoulements complexes→
● Influence météo (mesures stations temps réel)
écoulements instationnaires, prédiction temps réel→
● Localisation de la fuite via capteurs sur site
détermination complexe des conditions aux limites→
● Conséquences
● Sur site : évacuation, confinement, arrêt process, etc.
● Dans l'environnement : protection population, gestion de l'urgence
avec les autorités

4. NAFEMS France - 7 juin 2012 4
Stratégie développée
par Fluidyn
● Méta-modèle numérique 3D
● En amont, réalisation de nombreux calculs 3D simulant une variété de conditions météo
● Détermination probabiliste des caractéristiques de la fuite
● En amont, base de données de fonctions de transfert entre les N sources potentielles et les
M capteurs disposés sur site
● Pendant l'accident : reconstruction de la fuite par inférence bayésienne sur la base des
concentrations détectées et de la météo
● Calcul 3D de la dispersion en temps réel
● Écoulement instationnaire issu de la base de données
● Dispersion en utilisant un modèle mixte particules/ bouffées
Calcul du
terme
source
Dispersion

5. NAFEMS France - 7 juin 2012 5
Difficultés informatiques
liées à cette application
● Puissance de calcul / stockage
● 1 calcul 3D = 15h de calcul sur 8 processeurs
● Base de données complète (180 calculs) :
– 21 600h d'un processeur
– 80 Go de données
● Temps de restitution
● Sur une machine à 8 processeurs : 3 mois
● Sur 60 machines (480 processeurs) : 2 jours
● Sûreté & disponibilité des données
● Ces données ont une valeur importante
(temps de calcul, temps ingénieur,
équipement, etc.)
● Leur indisponibilité n'est pas envisageable en
cas d'accident

6. NAFEMS France - 7 juin 2012 6
Solution technique développée
par Logilab : Simulagora
● Basé sur le « cloud » public
● Moyens de calcul et de stockage distribués
● Puissance énorme disponible en permanence
● Mobilisation immédiate des moyens de calcul
● Stockage illimité, sûreté des données optimale
● Aujourd'hui : Amazon Web Services
● Interface utilisateur : portail WEB de gestion des calculs
● Accessibilité totale dans le temps et l'espace
● Aucune compétence et aucun matériel spécifique
nécessaire
● Assure traçabilité et reproductibilité des calculs
● Fonctionnalités avancées
– Intégration de scripts utilisateurs
– enchaînements de calculs
– travail collaboratif ServeurNavigateur
Cloud
Simulagora
WWW

7. NAFEMS France - 7 juin 2012 7
Utilisation de Fluidyn Panache
dans Simulagora (1/3)
[Logilab] Journée 1
● Installation du code et du serveur de licences
● Mise au point du script de lancement de
calcul sur un cas-test fourni par Fluidyn
France
[Fluidyn] Journée 1
● Réception de la dernière géométrie du site
● Retouches du maillage (hybride, 3 blocs
imbriqués, 2 millions de mailles) et des CLs

8. NAFEMS France - 7 juin 2012 8
Utilisation de Fluidyn Panache
dans Simulagora (2/3)
● Journée 2 : Lancement des calculs
● Transfert des données réelles
– Direct vers Amazon (perfos)
– Reprise sur erreur avec checksum
(par morceaux de 5Mo)
● Mise au point du calcul de référence
– Formulaire WEB simple : choix
du type de machine notamment
– Saisie du paramètre windrose
(numéro de fichier météo)
● Préparation & lancement de l'étude
paramétrique
– Même style : choix du calcul de
référence, saisie des valeurs de
windrose à parcourir
– Génération automatique des
calculs, puis lancement simultané
de tous les calculs

9. NAFEMS France - 7 juin 2012 9
Utilisation de Fluidyn Panache
dans Simulagora (3/3)
● Journée 3 : Suivi et visu des résultats
● Suivi
– Pas besoin de quitter son navigateur
– Possibilité de se connecter directement
en ssh en fournissant une clef publique
● Convergence
– Vérifiée en temps réel
– Le calcul peut être arrêté si nécessaire
– Pour notre application : 6 ordres de
grandeurs sur la pression, 3 sur la vitesse
et les grandeurs turbulentes (k, ε) OK→
● Temps de calcul
– 30 calculs réalisés pour la démonstration
– 360 heures sur 30 machines 8 cores
● Temps de restitution total (lancement &
sauvegarde comprise)
– 13 heures

10. NAFEMS France - 7 juin 2012 10
Résultats (1/2)
Illustration de la complexité des
écoulements
● Visualisation des vecteurs vitesse sur
site, près du sol
● Influence des éléments 3D du terrain sur
les écoulements

11. NAFEMS France - 7 juin 2012 11
Résultats (2/2)
● Exemple de résultat de dispersion
● Temps de calcul < 15 minutes
● 2 à 5 fois plus rapide que le réel
● Méthodologie
● Sélection en temps réel parmi les écoulements
3D selon la météo, qui varie dans le temps
● Modèle mixte lagrangien stochastique et bouffées
3 4
1 2

12. NAFEMS France - 7 juin 2012 12
Conclusions de l'étude
● Mise en œuvre réussie de Fluidyn Panache dans Simulagora
● Sur un cas industriel de haute technicité
– Modélisation CFD 3D sur maillage fin
– Calcul 3D rapide de la dispersion
● Illustrant les grandes capacités de la plate-forme
– Puissance de calcul disponible grâce au cloud Amazon
– Simplicité d'utilisation du portail WEB
– Temps de restitution global record
– Suivi de l'avancement et de la convergence en interactif
– Le tout à l'aide d'un simple navigateur internet

13. NAFEMS France - 7 juin 2012 13
Intérêts de la plate-forme
Simulagora
Cluster maison Cloud seul Simulagora
Coûts de maintenance --- + +++
Coûts de calcul +++/-- ++ +
Disponibilité ++/-- ++ ++
Puissance ++/-- +++ +++
Souplesse d'utilisation +/--- +++ ++
Temps de restitution +/- ++ +++

14. NAFEMS France - 7 juin 2012 14
Développements futurs
de Simulagora
● Selon vos demandes
● Ce produit répond à votre besoin : exprimez-le !
● Logilab pratique les méthodes de développement « agiles »
● Axes de développement prévus
● Travail collaboratif
– Partage de données, co-réalisation de calculs
– Co-rédaction de rapports liés aux données
– Gestion de la sous-traitance de calculs
● Enchaînements de calcul & Optimisation
– Modeleur géométrique, mailleur, pré- et post- traitements intégrés à la
plate-forme (exemple : Salomé)
– Optimisation sous contraintes avec des librairies Open Source
(Scipy.Optimize, SciLab)