Principe et développement
La simulation numérique est un outil d'analyse et d'étude de plus en plus utilisé dans de nombreux secteurs d'activités.
Elle consiste à réaliser l'étude virtuelle d'une pièce ou d'un process selon différents scénarios d'étude.
Employée initialement au milieu de 20ème siècle, la simulation numérique est devenue de nos jours un outil incontournable dans certains domaines (spatial, aéronautique, nucléaire…).
Mise à la portée de l'ensemble des entreprises quels que soient leur secteur et leur taille, elle peut être un outil majeur de progrès technique et de gain économique.
Avantages de la simulation numérique
Les calculs de simulation permettent de prédire le comportement du sujet étudié sans avoir à passer par la construction de prototypes ou la réalisation d'essais réels, coûteux et/ou difficiles à mettre en place ; ce qui est un avantage essentiel en matière de coûts de production, notamment dans les domaines innovants.
Ils peuvent aussi, dans une optique d'optimisation, aboutir à des économies rationnelles de matériaux, à une amélioration de la qualité ou de la durée de vie des produits et/ou à une optimisation des process de production.
Mise en œuvre d'une démarche de simulation numérique
La simulation numérique est une technique d'un maniement très délicat.
La démarche de la simulation numérique consiste à simuler sur ordinateur des phénomènes physiques en utilisant des logiciels dits "codes de calculs" élaborés sur la base de modèles théoriques mathématiques.
La principale difficulté pour mettre en place une simulation numérique correcte consiste à faire le bon choix quant aux hypothèses du ou des phénomènes physique(s) étudié(s). En effet, si les conditions d'étude du phénomène ne sont pas correctement modélisées lors de la mise en place informatique des données sous un code de calcul, les résultats fournis par ce logiciel ne seront pas fiables, quelle que soit la qualité dudit logiciel.
Une autre étape démarre avec l'implantation de la simulation dans le logiciel lui-même. Les codes de calculs logiciels utilisent généralement la méthode dite "des éléments finis". Cette méthode permet de résoudre des équations aux dérivées partielles, qui correspondent alors aux lois mathématiques des phénomènes simulés. Pour résoudre ces équations, il est d'abord nécessaire de définir le domaine de l'étude. A l'intérieur de ce domaine, on définit sur la géométrie du sujet de l'étude des conditions particulières dites "conditions limites", qui définissent les hypothèses physiques du problème.
Ces conditions limites peuvent être une pression appliquée sur une structure, une température appliquée sur une surface, un blocage d'un élément de la géométrie du sujet, etc.
On passe ensuite à l'étape de maillage, qui consiste à "découper" virtuellement la géométrie étudiée en plusieurs éléments ; ce qui donne à cette méthode son nom de "calcul par éléments finis". Cette étape est cruciale, car c'est d'elle que dépend la précision des résultats. De façon simplifiée, il est nécessaire de réaliser un maillage plus "fin", c'est à dire de découper la géométrie étudiée en un nombre plus important d'éléments, dans la ou les zone(s) où les phénomènes physiques auront le plus d'influence.
Une fois ce maillage effectué, on passe à l'exécution des calculs de simulation grâce à des algorithmes mathématiques, qui aboutit à une visualisation des résultats du calcul.
Interprétation critique des résultats
L'étape des calculs effectuée, il faut interpréter les données obtenues, après avoir effectué un ensemble de vérifications indispensables:
- le phénomène physique étudié a-t-il été bien pris en compte ?
- les conditions limites appliquées sont-elles réalistes ?
- les choix du maillage et du type d'éléments finis sont-ils corrects ?
La qualité de la simulation peut être évaluée grâce à quelques indicateurs tels que l'estimation de l'erreur liée au maillage.
Lors de l'élaboration d'une simulation numérique, il est toujours important d'être critique sur les données initiales de l'étude et sur les résultats obtenus.
Dès lors que tous ces éléments ont été correctement pris en compte, une simulation bien menée et bien interprétée débouche sur des informations très pertinentes qui peuvent conduire à des choix de solutions auxquelles ni le calcul manuel, ni la multiplication d'essais coûteux ne permettraient d'accéder.
Nécessité d'ingénieurs-calcul compétents et expérimentés
Au vu des éléments ci-dessus, on comprend qu'une simulation numérique performante ne peut être obtenue que par des ingénieurs-calcul hautement qualifiés.
L'équipe de Simulo Technologies a développé dans ce domaine une compétence approfondie, qu'elle continue à perfectionner en diversifiant son expérience et ses outils, et en intégrant systématiquement à sa pratique les développements et innovations technologiques en cours. (Voir : Etudes par simulation numérique)
