L’essor de la simulation numérique est lié à l’ère de l’informatique. Certes, dans le passé, de grands scientifiques, tels Pythagore ou Blaise Pascal, ont simulé par la pensée et des calculs manuels certains phénomènes physiques. Mais ces simulations avaient une limite naturelle, celle de leur cerveau, et une limite temporelle : les calculs prenaient du temps. Ainsi, les premiers ordinateurs ont permis de multiplier les calculs tout en limitant leur durée. De fil en aiguille, les modèles physiques et numériques se sont précisés, permettant d’aller plus loin dans l’étude d’un phénomène ou d’un « objet ». Pour permettre cette expansion, les ordinateurs ont nécessité d’importants progrès tant en équipement informatique que logiciel.

DU PROCESSEUR…

Le premier progrès concerne les processeurs. Ceux-ci sont de deux sortes : scalaires et vectoriels.
Les processeurs scalaires exécutent des opérations élémentaires, comme l’addi­tion de deux nombres. Les processeurs vectoriels effectuent des opérations d’ensembles de nombres, pour exemple l’addition deux à deux des nombres composants deux ensembles de 500 éléments. D’où leur intérêt pour la simulation numérique, car lors de l’exécution d’une telle opération un processeur vectoriel peut fonctionner à une vitesse proche de sa performance maximale (appelée « crête »).
Ces deux types de processeurs sont complémentaires, car ils permettent de combiner des calculs de base et d’autres, plus complexes.

ARCHITECTURES PARALLÈLES

Trois architectures permettent de mettre des processeurs en parallèle :

Dans ces trois cas, des salles entières sont remplies d’ordinateurs qui fonctionnent soit pour le traitement en parallèle d’une seule application en utilisant toutes les ressources, soit pour de multiples applications indépendantes, parallèles ou non, qui utilisent chacune une partie des ressources. Quant au stockage des données et à l’archivage, ils nécessitent une batterie de serveurs, d’armoires informatiques et de robots de stockage, qui doublent le volume des salles dédiées.

LES GRILLES DE CALCULS ET DE DONNÉES

Un autre moyen pour augmenter la puissance de calcul est de relier entre eux des ordi­nateurs répartis sur plusieurs sites. Ces équipements informatiques sont hétérogènes, de puissance inégale, avec des capacités de stockage variables. Il existe deux sortes de « grilles » :

Bien entendu, les transferts de données et les calculs doivent s’effectuer dans un univers sécurisé, ce qui semble acquis grâce aux protocoles en place sur internet, mode de communication qui reste, pour l’instant, le plus performant.

Les deux grilles vont donc de pair, car il faut, dans un temps rapide, pouvoir accéder aux données et également exécuter des programmes plus ou moins complexes à partir de celles-ci avant d’en effectuer l’analyse.

LES LOGICIELS

Afin d’optimiser les performances des supercalculateurs ou des grilles informatiques et permettre de modéliser et simuler correc­tement un phénomène, les logiciels de simulation doivent être spécifiques de l’architecture de l’ordinateur. Il faut donc dès le départ prendre en compte les paramètres suivants :

Dans un premier temps, le « modèle » est enregistré et un découpage des calculs est effectué, puis programmé en fonction des grandeurs à étudier indiquées par les chercheurs (physiciens, mathématiciens, biologistes, chimistes…). L’informaticien se charge ensuite de les traduire en valeurs informatiques exploitables par les processeurs. Plus le calcul de ces grandeurs sera détaillé, plus précis sera le résultat, mais aussi plus la puissance de calcul nécessaire sera grande. Toutefois, la tendance est de favoriser le transfert technologique et de développer des logiciels qui permettent d’étudier des phénomènes physiques proches, transposables d’une thématique à une autre moyennant l’enregistrement d’un modèle et de paramètres adaptés. Ces logiciels sont ensuite mis à la disposition des chercheurs et des industriels.