– MICAS

Le projet MICAS signifie « Modélisation et Calcul Intensif pour la Simulation d'Aquifères ». Il est conçu pour résoudre sept grands défis en hydrogéologie (axe 1 de CIS-07) et pour développer un logiciel libre fédérateur (axe 2 de CIS-07). La modélisation numérique est une démarche fondamentale pour la gestion et la remédiation des ressources en eaux souterraines. Les formations géologiques naturelles sont très hétérogènes, ce qui conduit à des chemins d'écoulements préférentiels et à des régions de stagnation. La dispersion de polluants est fortement conditionnée par ces distributions irrégulières de la vitesse de l'eau. Pour prendre en compte la connaissance imparfaite des caractéristiques géologiques et l'hétérogénéité naturelle, le projet MICAS s'appuie sur des méthodes de quantification des incertitudes. Dans des travaux précédents et actuels, nous utilisons une méthode classique de Monte-Carlo, avec des champs de perméabilité aléatoires et des réseaux discrets de fractures aléatoires. Avec cette approche stochastique, les simulations numériques consistent à calculer le champ de vitesse dans des grands domaines spatiaux et à résoudre le transport de solutés sur de très longs intervalles de temps. Cette approche doit faire face à deux difficultés, l'espace mémoire et le temps de calcul, afin de résoudre de très grands systèmes linéaires et de simuler sur un grand nombre de pas de temps. Le calcul intensif à haute performance est donc nécessaire pour mener à bien ces simulations. Les objectifs de MICAS sont de lever des verrous scientifiques dans sept sujets bien identifiés : 1. Macro-dispersion dans des milieux poreux 3D hétérogènes 2. Ecoulement permanent dans des Réseaux Discrets de Fractures 3D 3. Interprétation des essais de puits dans des milieux poreux hétérogènes et des réseaux de fractures 2D et 3D 4. Ecoulement dans des milieux mixtes poreux et fracturés 2D et 3D 5. Résolution à grande échelle de systèmes linéaires par des méthodes multi niveaux 6. Modèles stochastiques et algorithmes pour pallier le manque d'observations et l'hétérogénéité 7. Déploiement de simulations multiparamétriques sur une grille de calcul Un dernier axe est consacré à la plate-forme logicielle HYDROLAB pour intégrer tous les modules développés dans le projet. Cette plate-forme existe déjà mais il faut un travail supplémentaire pour ajouter plus d'outils, plus de modules de calcul et pour faciliter l'usage du logiciel. Notre engagement est de concevoir des distributions libres disponibles au téléchargement sur les sites Internet du projet et de la plate-forme. Le projet est organisé autour d'un partenariat étroit de quatre équipes et d'un Observatoire de Recherche Environnementale (ORE) : SAGE, à l'INRIA de Rennes, qui coordonne le travail; TRANSF, au département Géosciences à l'Université de Rennes 1; CDCSP, à l'Université de Lyon 1; GEOENV, au laboratoire LMPG à l'Université du Havre. L'ORE H+ est géré par P. Davy, qui est aussi un membre de Géosciences à Rennes 1. Ces équipes collaborent sur ce sujet depuis plusieurs années, ont publié plusieurs articles ensemble et développent conjointement des parties de la plate-forme. Elles couvrent les aspects pluridisciplinaires du projet : mathématiques appliquées (analyse numérique, algorithmes numériques), informatique (calcul à haute performance, génie logiciel), et géosciences (modélisation théorique, études expérimentales de terrain). Les modèles numériques seront utilisés pour comprendre les propriétés hydrauliques des milieux hétérogènes et pour modéliser les aquifères observés par H+. Notre objectif est de contribuer aux débats, au meilleur niveau, sur la macro-dispersion, l'interprétation des essais de puits, les interactions entre roches et fractures, etc. Le calcul à haute performance est la clé du succès. Les calculs d'écoulement conduisent à des systèmes linéaires mal conditionnés avec des coefficients s'étendant sur plusieurs ordres de grandeur. Notre objectif est de réaliser des premières mondiales en résolvant ces systèmes linéaires avec 109 à 1011 inconnues. Les simulations de Monte-Carlo et plus généralement les méthodes non intrusives en quantification d'incertitudes imposent de lancer beaucoup de simulations ; en outre, la modélisation de l'hétérogénéité conduit à étudier un grand nombre de paramètres physiques. Notre objectif est là aussi de réaliser des premières mondiales en déployant des centaines à des milliers de simulations multiparamétriques, où chaque simulation est en soi du calcul intensif.